ФИЗИКА. Глаз как оптическая система

Дата публикации: 1 июля 2019

Глаз как оптическая система
(скачать презентацию)
Ковалева Анна, учащаяся 9«А» класса

Глаз – орган зрения высших животных является сложным оптическим прибором. (Слайд 2). Вспомним строение глазачеловека. Глаз человека представляет глазное яблоко. (Слайд 3). Снаружи он покрыт оболочкой – склерой. Передняя часть склеры – это роговица. За ней прозрачная водянистая масса, а далее – радужная оболочка. В радужной оболочке есть отверстие – зрачок. После зрачка свет проходит через хрусталик – тело, напоминающее двояковыпуклую линзу. (Слайд 4). Строение хрусталика: по своей форме — сильная линза, с различным радиусом кривизны по передней и задней поверхности. Центры данных поверхностей называются передним и задним полюсом, а соединяющая их линия — ось хрусталика (её длина от 3,5 до 4,5 мм), а контур соединения передней и задней поверхности линзы — экватор. Хрусталик глаза участвует в преломлении светового потока, его оптическая сила — 19 диоптрий. Он заставляет функционировать аккомодационный механизм, так происходит самопроизвольное регулирование фокусировки видимой картинки. Двояковыпуклая линза делит глаз на два отдела разной величины, защищая нежные передние отделы глазного яблока от большого давления стекловидного тела, заполняющего всю остальную часть глаза. Внутренняя оболочка — сетчатка,  состоит из фоторецепторов и нервных клеток (колбочек и палочек), благодаря которым мы можем разглядеть мелкие детали и различать цвета.
(Слайд 5) Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело – все вместе составляют оптическую систему глаза. 
Как возникают и воспринимаются глазом изображения различных предметов? (Слайд 6). Световые лучи, попадая в глаз, преломляются в роговице, хрусталике и стекловидном теле, и на сетчатке глаза появляется изображение. Сетчатка служит своего рода шарообразным экраном, на который проецируется окружающий мир. Изображение предмета, возникающее на сетчатке глаза, является действительным, уменьшенным и перевернутым. Именно таким способом делает снимки фотоаппарат.
(Слайд 7) Вспомним свойства глаза человека: глаз видит в пределах определенного пространства — поля зрения, как на близком, так и далеком расстоянии — аккомодация. Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопическим (или бинокулярным), то есть формировать трехмерное изображение. Адаптация — рефлекторное приспособление глаза к изменению яркости. Инерционность зрения — среднее время сохранения светового ощущения. Цветоощущение реализуется в пределах длин волн. Объемное восприятие окружающего позволяет измерять расстояние на глаз. Разрешающая способность глаза — это минимальный диаметр пятна, которое человеческий глаз может отличить от геометрической точки.
Вслед идущему человеку часто смотрят любопытные глаза наших друзей — животных, разные по цвету и форме, большие, как блюдца, и маленькие, словно бусинки, с круглыми, щелевидными зрачками.
(Слайд 8) Высокоорганизованными, т.е. способными создавать и обеспечивать предметное зрение, глазами обладают позвоночные, головоногие моллюски, многие членистоногие, а также отдельные представители других типов животных. У некоторых медуз и плоских червей разрозненные светочувствительные клетки сконцентрировались в глазные пятна (стигмы). Органы зрения у моллюсков — углубленное глазное пятно, т.е. глазной бокал с пузырьком (стекловидное тело).
(Слайд 9) Глаза насекомых имеют фасеточное строение. Сложный глаз видит мозаичную картину, каждый отдельный глазок видит свое. Глазки напоминают трубочки со своей фокусирующей системой из двух линз, выпуклой роговицы и хрусталика. У стрекозы каждый сложный глаз состоит из 28 тысяч глазков. Отдельный глазок различает отдельное изображение той или иной части рассматриваемой картины. Насекомые и ракообразные видят то, что недоступно нашему взору: ультрафиолетовые лучи и плоскость поляризованных лучей. Представим, как насекомые видят окружающий мир. На лугу стоят красные маки, а для пчел они «ультрафиолетовые». Белые цветы пчелы воспримут как голубовато-зеленые, все синие и фиолетовые расцветки для насекомых несут множество оттенков и красок. Синий и фиолетовый тона цветов отражают разнообразное количество лучей различной длины. Поле зрения фасеточных глаз охватывает 360 градусов, так насекомые видят всё вокруг. Поэтому так трудно поймать муху. Понятия аккомодации, близорукости или дальнозоркости не относятся к фасеточному глазу. Сложный глаз пчел, рачков видит и поляризованный свет. Если бы мы его видели, то на наших глазах все: небо, вода рек — покрылось бы сложным узором. Разные виды по-разному воспринимают цвета, но хорошо различают не только лучи спектра, видимые человеком, но и ближний ультрафиолет.
(Слайд 10) В реках Южной Америки можно увидеть четырехглазую рыбку, у которой в каждом глазу по два зрачка: один — вверху, другой — внизу. Эти глаза уникальны, они используют для формирования изображения зеркало. На глубинах, где живет рыбка мало света и видно лишь свечение тех, кто у нее под брюхом.  Зеркала образованы кристаллами гуанина, расположены и ориентированы  на фокусировку пучков света. Зеркала имеют преимущество перед линзами, т.к. они дают яркие, контрастные изображения. Выставит рыбка половину своего выпученного глаза наружу и смотрит, а нижняя в это время наблюдает под водой. Одна часть сетчатки улавливает подводное, а другая надводное изображение, но рыбы  видят общую картину. Вообще у всех рыб глаза отличаются плоской роговицей и шарообразным хрусталиком. Аккомодация глаза у рыбы достигается перемещением хрусталика.
(Слайд 11) Некоторые животные обходятся без хрусталика,  глаз у них построен наподобие камеры с точечным отверстием. Головоногий моллюск наутилус, родственник осьминога и кальмара с большими глазами-камерами и очень маленьким зрачком. У него на разном расстоянии изображение предмета всегда  сфокусировано на сетчатке. Но через узкое отверстие зрачка проходит мало световых лучей, поэтому при плохом освещении наутилус многого не различает.
(Слайд 12) У многих видов животных глаза смотрят вперёд. У горных баранов, леопардов, обезьян лучшее стереоскопическое зрение, помогающее оценивать расстояние перед прыжком. У человека тоже хорошее стереоскопическое зрение, т.е. пространственное (объёмное) зрение, обусловливающее возникновение трёхмерного зрительного образа наблюдаемого объекта за счёт оглядывания объекта с разных сторон  предметном пространстве (похоже на картинку в 3D). У леопарда этот эффект сохраняется на расстоянии от 10 см до 100 метров. У животного один глаз является ведущим, а другой ведомым. Вообще глаза кошачьих являются уникальным творением природы. Они так устроены, что при попадании света на зрачок луч сразу отразиться на внутренней оболочке, а лишь затем на сетчатке. Это позволяет леопардам прекрасно видеть в темноте, и придает его глазам загадочное свечение, которое усиливается при возбуждении. А вот размер зрачка в этом случае может остаться неизменным.
(Слайд 13) Птицы имеют острое зрение благодаря тому, что у них глазное яблоко  больших размеров и имеет удлиненную «телескопическую» форму. Их глаза расположены по разным сторонам головы, а поле объёмного зрения невелико. Куры совершают колебательные движения головой, и изображение на сетчатке быстро смещается, обратно пропорционально расстоянию до объекта. Что позволяет птицам ловить мелкую добычу клювом с высокой точностью.
(Слайд 14) Приспособления, помогающие животным наблюдать за окружающей обстановкой — разная форма зрачка. У козы зрачок квадратный, у копытных он похож на сердце. У летучих рыб глаза почти кольцо, незанятым остается только небольшой кусочек, на котором висит вся срединная часть радужины. Когда, например, летучая рыба вылетает из воды, ей некогда быстро сокращать зрачок, солнце бьет в глаза, а через щель удобно наблюдать за водой, о которую падаешь.
(Слайд 15) Цветное зрение. Только у обезьян оно такое же полное, как у нас. А кошки и собаки видят лишь некоторые цвета. У осьминогов, пчел, некоторых пауков, цветное совершенное зрение отличное от нашего.
Глаза кошки светятся красноватыми огоньками в темноте, а при повороте головы глаза становятся зелеными. Так происходит отражение света, попавшего в глаз. Кошки в темноте видят в 6 раз лучше, чем человек. У ночных животныхчтобы лучше видеть, на дне глаза есть своеобразное зеркальце — тапетум. Оно составлено из мелких серебристых кристаллов. Отраженный от них свет будет различным по цвету. Все зависит от формы и величины кристалликов. Кристаллики-зеркальца глаз ночных животных сходны по форме, а свечение меняется в зависимости от их поворота. Глаза медведя в сумерках отливают оранжевым блеском, у енота ярко-желтые отблески, а глаза тропических лягушек — зеленые, рубиново-красные у аллигатора. Зеркальце можно найти и у паукообразных.
Множество существует на Земле необычных глаз. Глаза человека как бы взяли от них всего понемногу. Они способны видеть и днем и ночью, различать цвета и определять объемность изображения за счет бинокулярного зрения. Каждое из этих свойств может быть сильно развито в необыкновенных глазах наших друзей – животных. Но человеческий глаз, приняв на себя многие функции, свойственные только глазам отдельных животных все же не лишен недостатков. А если возникает необходимость что-то усилить или усовершенствовать в нашем зрении, человек может сделать это с помощью приборов, моделирующих зрение необыкновенных глаз бегающих, летающих, ползающих и плавающих существ, живущих на нашей планете.