Глаз как оптическая система.

Глаз представляет собой довольно сложную оптическую систему, заключенную в защитной белковой оболочке.К белковой оболочке прилегает сосудистая оболочка и сетчатая оболочка, состоящая из мельчайших светочувствительных элементов размером меньшим 0,001 см.Эти элементы являются окончаниями нервных волокон зрительного нерва, связывающего глаз с головным мозгом.

В передней части глаза белковая оболочка переходит в прозрачную роговую оболочку, а сосудистая оболочка- в радужную оболочку, имеющую посередине отверстие называемое зрачком. Позади зрачка расположен хрусталик-прозрачное упругое тело в форме двояковыпуклой линзы. Вся полость глаза заполнена прозрачной жидкостью. У глазной жидкости показатель преломления равен 1,33, у роговицы-1,38 и у хрусталика в среднем 1,44.

Изображение предмета, рассматриваемого глазом, помещается на сетчатке; оно является действительным, уменьшенным и перевернутым(правильное впечатление о расположении предмета создается благодаря корректирующему действию мозга).

Зрачок глаза играет роль диафрагмы:его диаметр изменяется в соответствии с количеством света, попадающего в глаз.

Под действием особой(ресничной) мышцы кривизна поверхности хрусталика, а следовательно, и его фокусное расстояние могут изменится. И тем обеспечивается резкость получаемого на сетчатке изображение предметов, находящихся на различных расстояниях от глаза.Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

В ненапряженном состоянии глаз приспособлен к наблюдению далеких предметов, распололженных на расстоянии от 8 м. Аккомодация позволяет получать отчетливое изображение предметов, находящихся на меньших расстояниях, но не меньше расстояния ясного зрения, равного 25 см.

Размер изображения зависит в конечном счете от угла зрения между лучами, идущими в глаз от крайних точек предмета. Наименьший угол зрения, под которым еще можно различать форму предмета, составляет примерно одну минуту, что соответстьвует расстоянию до отрезка длиной около 0,07 мл, находящегося на расстоянии ясного зрения. При <1^/ все изображение помещается на одном светочувствительном элементе сетчатки и предмет воспринимается как точка. В связи с существованием предельного угла зрения () не вооруженным глазом нельзя рассматривать как близкие, но слишком мелкие предметы, так и крупные, но слишком далекие предметы. В этих случаях пользуются оптическими приборами, увеличивающими угол зрения(микроскоп- в случае мелких близких объектов и телескопов- в случае крупных далеких объектов).

Наиболее распространенными дефектами глаза являются близорукость (изображение предмета получается перед сетчаткой) и дальнозоркость (изображение получается за сетчаткой).Эти дефекты исправляются посредством очков с рассеивающими(при близорукости) или собирающими (при дальнозоркости) линзами.

Светочувствительные элементы, выстилающие сетчатку, подразделяют на палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к свету(благодаря им осуществляется сумеречное зрение), но не реагируют на различие в цвете. Колбочки менее чувствительны к свету, но обладают спектральной чувствительностью; благодаря им мы различаем цвета.

Задачи:

1. Увеличение микроскопа 800. Определить оптическую силу объектива, если фокусное расстояние f_ок.=5см, а длина тубуса 14см.

2. Рассчитайте предел разрешения электронного микроскопа, если ускоряюшее напряжение в нем 100кВ, апертурный угол 10^-2рад.

3. Оптические силы объектива и окуляра микроскопа соответственно равны D₁=80 дптр и D₂=20 дптр, при этом увеличение микроскопа 60. Каким будет увеличение микроскопа, если увеличить оптическую длину тубуса на 2см?

4. Человек носит очки с оптической силой -2,25 дптр. Каково для него расстояние наилучшего зрения?