Исследовательская работа по физике "Взгляд на зрение с точки зрения физики"

Среди раздражителей внешней среды для человека особенно большое значение имеют зрительные. Большая часть наших сведений о внешнем мире связана со зрением. Благодаря зрению люди различают окружающие предметы, движение живых и неживых тел, графические и цветовые сигналы.

Зрение важно для всех видов трудовой деятельности. Известно, какая долгая, упорная работа нужна для того, чтобы дать слепому приобщиться к труду.

В течение многих тысячелетий человечество накапливает опыт, развиваются наука, искусство. Весь этот опыт передается последующим поколениям через книги, через письменную речь, воспринимаемую с помощью зрения.

Актуальность: данная тема актуальна, так как затрагивает большую часть физики. В глазу происходят много интересных физических явлений и будет очень интересно узнать о зрении, ведь больше 80% информации люди получают с помощью глаз.

Объект исследования: взгляд на зрение с точки зрения физики.

Предмет исследования: зрение человека.

Цель исследования: узнать, как устроен глаз человека, изучить дефекты зрения.

Задачи исследования:

1. Изучить строения и свойства человеческого глаза.
2. Узнать что такое аккомодация и ее дефекты.
3. Исследовать недостатки зрения и их исправления.
4. Провести эксперимент.
5. Сделать вывод.

Основная часть

Строение и свойства глаза

Строение глаза

Глаз человека имеет шарообразную форму, его диаметр приблизительно 2,5 см. Снаружи глаз окружен твердой непрозрачной оболочкой - склерой, которая защищает его от повреждений. Склера на передней части глаза прозрачна и называется роговой оболочкой, или роговицей, которая действует как собирающая линза и обеспечивает 75% способности глаза преломлять свет.

За роговицей располагается радужная оболочка. В радужной оболочке есть круглое отверстие - зрачок. Радужная оболочка способна деформироваться и таким образом менять диаметр зрачка. Изменение это происходит рефлекторно (без участия сознания), в зависимости от количества света, попадающего в глаз. Это свойство называется адаптацией.

Внутри глаза, непосредственно за зрачком, расположен хрусталик, представляющий собой прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Кривизна поверхностей хрусталика может меняться, благодаря чему изменяется оптическая сила. Это помогает регулировать расстояние от хрусталика до изображения предмета, которое должно попасть на сетчатку.

Сетчатка - состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение.

Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. У взрослого человека со 100% зрением число колбочек может достигать от 6 до 7 миллионов. Палочек в несколько раз больше.

Колбочки и палочки

Изображение, полученное на сетчатке через зрительный нерв, поступает в мозг. В получении изображения также принимает участие стекловидное тело - прозрачная студенистая масса, которая заполняет пространство между хрусталикоми сетчаткой. Свет, попадающий на поверхность глаза, преломляется в роговице, хрусталике, стекловидном теле. В результате на сетчатке получается действительное, перевернутое, уменьшенное изображение предмета.

Аккомодация и ее дефекты

Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией

Если предмет приближается к глазу, то у хрусталика увеличивается кривизна; чем ближе предмет, тем больше оптическая сила глаза. У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.

Для рассматривания еще более близких предметов приходится уже напрягать аккомодационный аппарат. Наиболее близкое расположение предмета от глаза, при котором еще возможно четкое изображение на сетчатке называют ближней точкой глаза. Расстояние до ближней точки глаза с возрастом увеличивается, следовательно, аккомодация - уменьшается.

Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен одной минуте. В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой, такой глаз называют эмметропическим или аметропическим, если это условие не выполняется.

Недостатки зрения и их исправление

Близорукость, или миопия возникает, если изображение предмета, находящегося на расстоянии 5 метров от глаза, формируется не на сетчатке глаза, а перед ней. Это возникает, если преломляющая способность глаза слишком велика для длины глаза, или наоборот, длина глаза слишком мала для преломляющей способности оптического аппарата глаза.

Аккомодация в этом случае не помогает, так как может только увеличить оптическую силу глаза, а не уменьшить. При близорукости дальнейшая точка ясного видения предмета находится ближе 5 метров, а ближайшая точка ясного виденья меньше 10 см. Близорукость может возникать из-за увеличенной преломляющей способности хрусталика.

Нормальное зрение и близорукость

Пациенты с близорукостью жалуются на ослабление зрения вдаль, которое постепенно увеличивается. Часто такие пациенты прищуриваются, так как при этом площадь зрачка уменьшается, уменьшая рассеивание лучей света, и зрение несколько улучшается.

Коррекция близорукости с помощью рассеивающей линзы

При дальнозоркости, или гиперметропии, изображение предмета формируется позади сетчатки. При гиперметропии уменьшена длина глазного яблока, обычно более узкий зрачок. Пациент с дальнозоркостью видит нечетко предметы на любых расстояниях, причем при приближении предмета к глазу, зрение ухудшается. Термин "дальнозоркость" объясняется тем, что вдали такой пациент видит все-таки лучше, чем вблизи.

Нормальное зрение и дальнозоркость

Часто дальнозоркость связана с возрастными изменениями.

Коррекция дальнозоркости с помощью собирающей линзы

Со временем хрусталик становится менее эластичным и выпуклым, становится тоньше, уменьшается его аккомодация.

Как видит человек с дальнозоркостью (1), близорукость (2)

Исследовательская часть

Практическая часть

Глаза обладают уникальной способностью формировать единый зрительный образ. Это умение называется бинокулярным зрением. Оно помогает ориентироваться в пространстве, видеть предметы объемными, правильно оценивать расстояния.Благодаря этому природному дару глаза видят не только впереди себя, но также захватывают изображение по сторонам, сверху и снизу.

Опыт 1

Данный опыт еще называется проверкой бинокулярного зрения с "дырой" в ладони. Для того чтобы провести опыт, нужно взять лист бумаги и свернуть его в форме подзорной трубы.Подставляем к правому глазу, через которую рассматриваются удаленные от него предметы.

Опыт бинокулярного зрения

Левая рука в это время должны быть повернута ладонью к левому глазу. Ее нужно отодвинуть от лица примерно на 15 см. При нормальном стереоскопическом зрении получаемые изображения накладываются друг на друга, то есть накладывается "тоннель" на ладонь, в результате чего кажется, что в ней есть отверстие.

Опыт 2

Возьмем обычную линзу, это будет хрусталик, вместо глазных мышц используем резинки.Когда мышцы сокращаются, хрусталик становится выпуклым, предметы в близи становятся четкими, а вдалеке кажутся размытыми, если же мышцу растянуть то это сделает линзу плоской.

Ближний и дальний фокус

Способность глаза фокусировать изображение вдалеке и вблизи называется аккомодацией. Когда человек осматривается вокруг, хрусталик меняет фокус с близкого на дальний, а вот при просмотре, например телевизора хрусталик неподвижен, ведь все время сфокусирован на одной плоскости, в результате, мышцы глаза перенапрягаются, а хрусталик искривляется.

Заключение

На основании проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

• Глаз - очень сложно устроенный оптический прибор, наделенный природой большими полномочиями. Наша задача, зная особенности работы и строения глаза не ухудшать его природные возможности.
• Развиваясь на протяжении тысячелетий, глаз приобрел ряд защитных приспособлений. И все-таки он остается весьма чувствительным и ранимым органом, который надо тщательно оберегать.
• Необходимо отметить, что для достижения наилучшего результата в сохранении зрения, нужно следить за своим здоровьем в целом.