Глаз как оптическая система в физике с примерами

Содержание:

Глаз как оптическая система:

Вы уже знаете, что большую часть информации об окружающем мире мы получаем благодаря зрению. Органом зрения человека является глаз — один из самых совершенных и вместе с тем простых оптических приборов. Как же устроен глаз? Почему некоторые люди плохо видят и как скорректировать их зрение? Как с особенностями человеческого глаза связано производство мультипликационных фильмов?

Строение глаза

Глаз человека имеет шарообразную форму (рис. 3.66). Диаметр глазного яблока около 2,5 см. Снаружи глаз покрыт плотной непрозрачной оболочкой — склерой. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку — роговицу, которая действует как собирающая линза и обеспечивает 75 % способности глаза преломлять свет.

С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. В передней части глаза сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, которая неодинаково окрашена у разных людей. В радужной оболочке есть круглое отверстие — зрачок. Зрачок сужается в случае усиления интенсивности света и расширяется в случае ослабления.

Способность глаза приспосабливаться к различной яркости наблюдаемых предметов называют адаптацией.

За зрачком расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу. Хрусталик благодаря скрепленным с ним мышцам может изменять свою кривизну, а следовательно, и оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта сетчаткой — разветвлениями светочувствительного нерва. Самая чувствительная часть сетчатки расположена прямо напротив зрачка и называется желтым пят ном. Место, где зрительный нерв входит в глаз, невосприимчиво к свету, поэтому получило название слепого пятна. В получении изображения также принимает участие стекловидное тело — прозрачная студенистая масса, которая заполняет пространство между хрусталиком и сетчаткой. Свет, попадающий на поверхность глаза, преломляется в роговице, хрусталике и стекловидном теле. В результате на сетчатке получается деиствитель ное, перевернутое, уменьшенное изображение предмета (рис. 3.67).

Почему человек видит как удаленные предметы, так и расположенные рядом

Если человек имеет хорошее зрение, он видит четкими как далеко, так и близко расположенные предметы. Это происходит потому, что в случае изменения расстояния до предмета хрусталик глаза изменяет свою кривизну.

Способность хрусталика изменять свою кривизну в случае изменения расстояния до рассматриваемого предмета, называют аккомодацией.

Если человек смотрит на довольно удаленные предметы, в глаз попадают параллельные лучи — в этом случае глаз наиболее расслаблен. (Заметьте, что, задумавшись, человек смотрит как будто вдаль!) Чем ближе расположен предмет, тем сильнее напрягается глаз. Наименьшее расстояние, на котором глаз видит предмет, практически не напрягаясь, называют расстоянием наилучшего зрения. Для людей с нормальным зрением это расстояние равно приблизительно 25 см. Именно на таком расстоянии человек с хорошим зрением читает книгу.
 

Что такое близорукость и дальнозоркость и какие есть способы коррекции

Чтобы лучше разобраться, что происходит в оптической системе глаза в случае близорукости и дальнозоркости и как корректируются эти недостатки зрения, представим такую ситуацию. Три человека, один из которых имеет нормальное зрение, у второго — близорукость, а у третьего — дальнозоркость, смотрят на одни и те же предметы, расположенные довольно далеко,— например, на звезды. (В этом случае мы можем не принимать во внимание аккомодацию, ведь глаза у всех троих расслаблены.)

У человека с нормальным зрением фокус оптической системы глаза в спокойном (ненапряженном) состоянии расположен на сетчатке, т.е. параллельные лучи, попадающие в глаз, после преломления в оптической системе глаза собираются на сетчатке (рис. 3.68), и изображение предметов на ней будет четким.

Иная ситуация у людей, имеющих близорукость или дальнозоркость. Близорукость — это недостаток зрения, в случае которого фокус оптической системы глаза в спокойном (ненапряженном) состоянии расположен перед сетчаткой (рис. 3.69, а). Это происходит потому, что в случае близорукости угол преломления светового пучка в оптической системе глаза оказывается большим, чем у человека с нормальным зрением. Поэтому изображение предметов на сетчатке будет нечетким, размытым.

Расстояние наилучшего зрения в случае близорукости меньше 25 см. Именно поэтому близорукий человек, чтобы рассмотреть предмет в руках, подносит его близко к глазам. Близорукость корректируется ношением очков с рассеивающими линзами (рис. 3.69, б).

Дальнозоркость — это недостаток зрения, в случае которого фокус оптической системы глаза в спокойном (ненапряженном) состоянии расположен за сетчаткой (рис. 3.70, а). Это происходит потому, что в случае дальнозоркости угол преломления светового пучка в оптической системе глаза оказывается меньшим, чем у человека с нормальным зрением. Изображение предметов на сетчатке также будет нечетким, размытым.

Расстояние наилучшего зрения в случае дальнозоркости больше, чем 25 см, поэтому, рассматривая предмет в руках, человек отодвигает его от глаз. Дальнозоркость корректируется ношением очков с собирающими линзами (рис. 3.70, б).

Инерция зрения

Если быстро перемещать в темноте ♦бенгальский огонь*, то наблюдатель увидит светящиеся фигуры, образованные ^огневым контуром*. Разноцветные лампочки карусели во время быстрого вращения, сливаясь, образуют кольца. Наши глаза все время мигают, а поскольку эти движения довольно быстрые, мы не замечаем, что на определенный промежуток времени предмет, на который мы смотрим, становится невидимым.

Все эти явления можно объяснить так называемой инерцией зрения. ■ Суть в том, что после того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза (предмет убирают, перестают его освещать, заслоняют непрозрачным ■-экраном и т. п.), зрительный образ, вызванный этим предметом, сохраняется на протяжении 0,1 с.

Зрительную инерцию широко используют в анимационном кино. Картинки на экране очень быстро (24 раза в секунду) сменяют друг друга, во

время их смены экран не освещается, но зри- ’ тель этого не замечает — он просто видит ряд чередующихся картинок. Таким образом на экране создается иллюзия движения. (А теперь представьте, сколько картинок нужно нарисовать художникам, чтобы получить полнометражный мультипликационный фильм!)

На инерции зрения также базируется применение стробоскопа. (Стробоскоп представляет собой источник света, излучающий световые вспышки через определенные, очень малые промежутки времени.) Во время фотографирования объектов, освещеннных стробоскопом, мы получаем стробоскопические фотографии (рис. 3.71).

• Заказать решение задач по физике

Итоги:

С точки зрения физики, глаз представляет собой оптическую систему, основными элементами которой являются роговица, хрусталик и стекловидное тело.

В результате преломления света в этой оптической системе на светочувствительной поверхности глазного дна — сетчатке — образуется уменьшенное, действительное, перевернутое изображение предмета.

Если оптическая система глаза собирает лучи перед сетчаткой, то изображение предмета на сетчатке будет размытым — такой дефект зрения называется близорукостью. Близорукость корректируют ношением очков с рассеивающими линзами.

Если оптическая система глаза слабо преломляет лучи, то продолжения лучей пересекаются за сетчаткой — такой дефект зрения называется дальнозоркостью. Дальнозоркость корректируют ношением очков с собирающими линзами.

После того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза, зрительный образ, вызванный этим предметом, сохраняется в сознании человека на протяжении 0,1 с. Это свойство называют инерцией зрения.
 

Световые явления:

В этом разделе вы ознакомились с некоторыми оптическими явлениями, их законами, а также физическими величинами, характеризующими объекты, которые излучают свет.

Свет излучается источниками света. Вы ознакомились с разными видами источников света и некоторыми физическими величинами, характеризующими их.

Вы убедились, что в прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Следствие прямолинейного распространения света — образование полной тени и полутени.

Вы выяснили, что на границе раздела двух сред...
Луч падающий, отраженный, преломленный, а также перпендикуляр, восставленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

Вы научились строить изображение в плоском зеркале, собирающей и рассеивающей линзах

Вы познакомились с оптическими приборами, в которых применяются линзы.

Оптическая система и глаз

Благодаря зрению (рис. 280) весь живой мир получает основную часть информации. Мы уже знаем, что гипотеза об «ощупывающих», истекающих из глаз лучах была несостоятельной. Известно также, что мы можем видеть только те объекты, от которых в наш глаз поступает свет, излученный самим объектом или отраженный от него. Но что происходит в нашем глазу при попадании света? Почему мы не можем видеть очень малые и очень далекие предметы?

Что представляет собой глаз человека

Схема глаза человека (глазного яблока) представлена на рисунке 281.

Наружная оболочка глаза — склера 1 сформирована из плотных соединительных волокон. Склера защищает глаз и обеспечивает его жесткость. В передней части глаза склера переходит в прозрачную роговицу 2. Роговица — оптически наиболее плотная среда глаза, она пропускает свет в глаз. За роговицей находится радужная оболочка 3, содержащая пигмент, который определяет цвет глаз. В центре радужной оболочки находится зрачок 4. Зрачок, сужаясь или расширяясь, дозирует количество световой энергии, попадающей в глаз. Па свету зрачок сужается, в темноте зрачок расширяется, позволяя улавливать очень слабые световые пучки. За радужной оболочкой находится прозрачное эластичное тело — хрусталик 5, напоминающий по форме двояковыпуклую линзу. Усилиями специальных мышц хрусталик может увеличивать или уменьшать свою кривизну. Это увеличивает или уменьшает его оптическую силу. Полость между роговицей и хрусталиком заполнена прозрачной жидкостью — водянистой влагой. За хрусталиком почти вся область глаза заполнена стекловидным телом — это студенистая, прозрачная масса. Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело — все вместе составляют оптическую систему глаза. Внутренняя оболочка — сетчатка 6 содержит слой зрительных клеток и несколько слоев нервных клеток. Именно здесь идет преобразование световой энергии, попавшей в глаз от предмета, в нервный импульс. Он передается в головной мозг, где и формируется зрительный образ.

Итак, чтобы четко видеть предмет, необходимо, чтобы глаз сфокусировал лучи, идущие от предмета, на сетчатке (см. рис. 281).

Мы хорошо видим как близкие, так и далекие предметы. Водитель автомобиля четко видит цифры на спидометре, а в следующее мгновение так же хорошо — удаленный дорожный знак. Во всех случаях попавший от предметов в глаз свет должен фокусироваться в одном месте (на сетчатке).

Хрусталик глаза, изменяя свою форму, меняет оптическую силу системы. Это называется аккомодацией глаза. При приближении предмета хрусталик становится более выпуклым, его фокусное расстояние уменьшается так, чтобы изображение оказалось именно на сетчатке. При удалении предмета хрусталик вытягивается, фокусное расстояние увеличивается настолько, что изображение снова оказывается на сетчатке (рис. 282).

Таким образом, благодаря аккомодации глаза человек хороню видит разноудаленные предметы.

Для нормального зрения минимальное расстояние от глаза до предмета равно 25 см. Это расстояние наилучшего видения. При меньших расстояниях до предмета глаз напрягается и утомляется. Утомляемости глаза способствует как недостаточное освещение, так и излишнее. Помните: чтобы глаз как самое открытое окно в мир прослужил долго, необходимо его беречь, создавать
условия для его ненапряженной работы.

Главные выводы:

1. Глаз, сочетающий несколько преломляющих сред, является эквивалентом короткофокусной собирающей линзы.
2. Видение предметов есть совместная деятельность оптической системы глаза и головного мозга.
3. Четкость изображений разноудаленных предметов на сетчатке глаза достигается изменением кривизны хрусталика (аккомодацией глаза).

Дефекты зрения и очки

Нельзя не заметить, что большинство людей пожилого возраста носят очки (рис. 283). Это говорит о том, что оптическая система их глаз перестала работать нормально. Дефекты зрения наблюдаются и у детей. В чем суть дефектов зрения и как их корректируют?

Оптическая система нормального глаза дает изображение предмета на сетчатке. Однако в силу различных причин изображение далеких предметов может формироваться не на сетчатке, а перед ней (показано красными линиями на рисунке 284). Такой дефект зрения называют близорукостью (в медицине — миопией).

Близорукость бывает врожденной и приобретенной. Причиной появления близорукости у детей может быть чрезмерное увлечение чтением близко расположенного к глазам текста.

Как корректируют близорукость? С этой целью используют очки с рассеивающими линзами. Рассеивающая линза делает параллельный пучок света расходящимся (показано черными линиями на рисунке 28,5). Лучи после преломления в глазу фокусируются на сетчатке.

При другом дефекте зрения — дальнозоркости — изображение близко расположенных предметов (текста книги, инструмента и т. д.) фокусируется за сетчаткой (рис. 285). Главная причина дальнозоркости — потеря эластичности хрусталика. Даже самыми большими усилиями мышц он не может приобрести необходимую кривизну. Этот дефект, за редкими исключениями, свойствен для зрения большинства пожилых людей. Корректируется дефект дальнозоркости с помощью очков с положительной оптической силой собирающих линз (см. рис. 285).

Таким образом, провести коррекцию зрения можно с помощью очков. Иногда вместо очков используют контактные линзы, изготовленные из полимерных материалов. Эти линзы накладываются непосредственно на глазное яблоко. Основным недостатком контактных линз является раздражение глаз при длительном их ношении. В последнее время проводится лазерная коррекция хрусталика глаза (подробно о ней вы можете узнать в Интернете).

Для любознательных:

Для любого живого существа глаз является очень важным органом. Обладая свойством сохранять зрительный образ в течение глаз дает возможность человеку ощущать как непрерывно текущие события, представленные на экране, хотя мы хорошо знаем, что в действительности на экран проецируется 24 неподвижных кадра в секунду (рис. 286).

 

Главные выводы:

1. Близорукость — дефект зрения, при котором изображение удаленных предметов формируется перед сетчаткой глаза. Корректируется близорукость применением рассеивающих линз.
2. Дальнозоркость — дефект зрения, при котором изображение близких предметов формируется за сетчаткой глаза. Корректируется дальнозоркость использованием собирающих линз.

Как устроен глаз

Стоит только открыть глаза, и перед нами появляется удивительный мир. Глаз человека имеет сложное и тонкое строение, его можно рассматривать как физический прибор, сравнивая с фотоаппаратом. Глаз имеет почти шарообразную форму (рис. 188) и защищен плотной оболочкой -склерой. Переднюю часть склеры называют роговой оболочкой, или роговицей. Она прозрачна и имеет форму выпукло-ввогнутой линзы толщиной около 1 мм. За роговицей размещена радужная оболочка, имеющая у разных людей разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость.

В радужной оболочке имеется отверстие - зрачок, диаметр которого в зависимости от освещения может рефлекторно изменяться от 2 до 8 мм. За зрачком находится хрусталик, напоминающий форму двояковыпуклой линзы. Хрусталик окружен мышцами, которыми он прикреплен к склере. Остальную часть глаза заполняет прозрачное стекловидное тело.

Задняя часть склеры покрыта сетчаткой, состоящей из элементов, которые воспринимают световые лучи. В результате раздражения сетчатки возникают электрические импульсы, которые с помощью зрительного нерва передаются в мозг. В сетчатке есть особенные светоощущающие элементы, которые называют, в соответствии с их формой, палочками и колбочками. Общее количество палочек в сетчатке человеческого глаза достигает 130 миллионов, а колбочек - около 7 миллионов. Палочки являются органами черно-белого зрения, а колбочки - органами цветного зрения.

Как образуется и воспринимается глазом изображение предмета?

Лучи света, распространяясь от предмета, попадают в глаз, преломляются в роговице, хрусталике и стекловидном теле, вследствие чего на сетчатке формируется действительное уменьшенное и перевернутое изображение предмета (рис. 189).

Светоощущающие элементы сетчатки превращают изображение в нервный импульс, который по зрительному нерву передается в головной мозг, где формируется изображение в неперевернутом виде.

Глаз имеет чудесное свойство. Благодаря изменению кривизны хрусталика, мы можем четко видеть предметы, расположенные на разных расстояниях от глаза.

Способность глаза приспосабливаться к видению предметов как на дальнем, так и на близком расстоянии называют аккомодацией глаза (лат. accomodatio - «приспособление»). Для нормального глаза расстояние самого лучшего зрения считают 25 см. Вам следует это учитывать, когда вы читаете или пишете.
 

Кстати:

У рыб глаза отличаются плоской роговицей и шаровидным хрусталиком. Аккомодация глаза у рыб достигается перемещением хрусталика. В задней стенке сосудистой оболочки часто содержится особенный слой клеток, наполненный кристаллами светлого пигмента, - так называемая серебристая оболочка. Иногда есть также блестящий слой - зеркальце, или тапетум, клетки которого содержат кристаллический пигмент. Этот слой отражает световые лучи на сетчатку, которая предопределяет свечение глаз некоторых рыб в почти кромешной тьме, например у акул. У земноводных роговица глаза очень выпуклая, а аккомодация глаза осуществляется, как и у рыб, перемещением хрусталика. Аккомодация у пресмыкающихся происходит не только за счет перемещения хрусталика, но и изменением его формы. У птиц очень острое зрение. Глазное яблоко у них очень больших размеров и своеобразного строения, благодаря чему увеличивается поле зрения. У птиц, с особенно острым зрением (грифы, орлы) глазное яблоко продолговатой «телескопической» формы.

В процессе развития человеческого организма могут возникать отдельные отклонения от правильной формы глазного яблока, вследствие чего нарушается условие наилучшего зрения: изображение предметов формируется не на сетчатке глаза. Самыми распространенными являются два дефекта зрения - близорукость и дальнозоркость.

Близорукость возникает, если фокусное расстояние глаза сравнительно с нормальным глазом увеличилось. Если предмет расположен на расстоянии 25 см от близорукого глаза, изображение предмета будет не на сетчатке, а ближе к хрусталику, перед сетчаткой (рис. 190, а). Поэтому у близорукого глаза расстояние наилучшего зрения меньше 25 см.

Чтобы исправить этот дефект зрения, следует перед роговицей разместить рассеивающую линзу (рис. 190, б). С этой целью на практике используют очки с выпукло-ввогнутыми линзами.

Если фокусное расстояние глаза уменьшилось сравнительно с нормальным глазом, человек становится дальнозорким - изображение предмета образуется за сетчаткой (рис. 191, а). Изображение формируется на сетчатке, если предмет отдалить от глаза. Отсюда и название этого дефекта зрения - дальнозоркость.

Чтобы исправить дальнозоркость, перед роговицей следует разместить собирательную линзу (рис. 191, б). С этой целью человек использует очки с двояковыпуклыми линзами или вогнуто-выпуклыми линзами.

Пример №1

Необходимо ли использовать очки, если вы работаете с любым оптическим прибором, например микроскопом (рис. 192)?

Ответ: каждый оптический прибор имеет свое фокусное расстояние, и с помощью соответствующих регулировочных устройств его можно настроить на нормальное зрение. Если исследователь не снял очки, то в этом случае создается система линз, которая также не искажает наблюдаемых объектов.

Пример №2

Что означают надписи на оправе лупы:

ит. д.?

Ответ: увеличение в 5, 7, 20 раз.

Дефекты зрения и их коррекция

Орган зрения человека — глаз — одно из самых совершенных и в то же время самых простых оптических устройств. Как устроен глаз? Почему некоторые люди плохо видят и как скорректировать их зрение? С какими особенностями зрения связано производство мультипликационных фильмов? Об этом вы узнаете из данного параграфа.

Глаз человека — это оптическая система, состоящая из нескольких оптических элементов, которые в совокупности предназначены для создания изображения.

Глаз (см. рис. 16.1) имеет форму шара диаметром примерно 2,5 см. Снаружи глаз покрыт плотной непрозрачной оболочкой — склерой. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку — роговицу, которая действует как собирающая линза и вместе с глазной жидкостью обеспечивает 75 % способности глаза преломлять свет. Изнутри склера покрыта сосудистой оболочкой, которая в передней части глаза переходит в радужную оболочку — радужку. В центре радужки расположено круглое отверстие — зрачок. Зрачок сужается при увеличении освещенности и расширяется при ее ослаблении.

Рис. 16.1. Строение глаза

Способность глаза приспосабливаться к изменению освещенности называют адаптацией.

За зрачком расположен хрусталик — собирающая линза, которая благодаря скрепленным с ней мышцам может изменять свою кривизну, а значит, оптическую силу.

В создании изображения принимает участие и стекловидное тело — прозрачная студенистая масса, заполняющая пространство между хрусталиком и сетчаткой.

Свет, попадающий в глаз, преломляется в роговице, глазной жидкости, хрусталике и стекловидном теле. В результате на сетчатке образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение предмета (рис. 16.2).

Почему человек видит как отдаленные предметы, так и расположенные рядом:

Если у человека хорошее зрение, он видит четкими как далеко, так и близко расположенные предметы. Такое возможно потому, что при изменении расстояния до предмета хрусталик изменяет свою кривизну, то есть изменяет свою оптическую силу.

Способность хрусталика изменять свою кривизну при изменении расстояния до рассматриваемого предмета называют аккомодацией.

Если человек смотрит на удаленные предметы, то лучи, исходящие от этих предметов и попадающие в глаз, практически параллельны. В этом случае глаз наиболее расслаблен (вспомните: задумавшись, мы смотрим как будто вдаль). Чем ближе расположен предмет, тем сильнее напрягается глаз (мышцы глаза увеличивают кривизну хрусталика).

Наименьшее расстояние, на котором глаз видит предмет практически не утомляясь, называют расстоянием наилучшего зрения.

Для человека с нормальным зрением расстояние наилучшего зрения — примерно 25 см (именно на таком расстоянии он держит книгу при чтении).

Инерция зрения:

Если мы будем быстро перемещать в темноте бенгальский огонь, то увидим светящиеся фигуры, образованные «огненным контуром». Во время быстрого вращения карусели ее разноцветные лампы, сливаясь, выглядят для нас как кольца. Наши глаза все время мигают, при этом мы не замечаем, что на некоторый интервал времени предмет, на который мы смотрим, становится невидимым.

Описанные явления объясняются инерцией зрения. Дело в том, что, после того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза (предмет перемещают, прекращают освещать, заслоняют непрозрачным экраном и т. п.), зрительный образ, вызванный этим предметом, сохраняется в течение 0,1 с.

Инерцию зрения широко используют в анимационном кино. Картинки на экране сменяются очень быстро (24 раза в секунду), и во время их смены экран не освещается, однако зритель этого не замечает, — он просто видит ряд чередующихся картинок. Так на экране создается иллюзия движения.

Рис. 16.2. Изображение на сетчатке глаза — действительное, уменьшенное, перевернутое

На инерции зрения также основано применение стробоскопа. (Стробоскоп представляет собой источник света, излучающий световые вспышки через малые равные интервалы времени.) При фотографировании объектов, освещен-стробоскопом, получают стробоскопические екая фотография гимнаста фотографии (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Стробоскопическая фотография гимнаста

Недостатки зрения и его коррекция:

Нормальное зрение	Недостатки зрения
	Близорукость	Дальнозоркость
Фокус оптической системы глаза в спокойном состоянии расположен на сетчатке. На сетчатке создается четкое изображение отдаленных предметов	Фокус оптической системы глаза в спокойном состоянии расположен перед сетчаткой. На сетчатке создается размытое изображение отдаленных предметов	Фокус оптической системы глаза в спокойном состоянии расположен за сетчаткой. На сетчатке создается размытое изображение отдаленных предметов
Расстояние наилучшего зрения — примерно 25 см. На таком расстоянии человек с нормальным зрением читает книгу.	Расстояние наилучшего зрения менее 25 см. Близорукий человек читает книгу, приближая ее к глазам.	Расстояние наилучшего зрения более 25 см. Дальнозоркий человек читает книгу, отдаляя ее от глаз.
Фокусное расстояние нормального глаза равно приблизительно 1,71 см.	Корректируется ношением очков с рассеивающими линзами.	Корректируется ношением очков с собирающими линзами.

Подводим итоги:

С точки зрения физики глаз — оптическая система, основные элементы которой — роговица, глазная жидкость, хрусталик, стекловидное тело. Свет преломляется в этой оптической системе, и в результате на сетчатке образуется уменьшенное, действительное, перевернутое изображение предмета.

После того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза, зрительный образ, вызванный этим предметом, хранится в сознании человека в течение 0,1 с. Это свойство называют инерцией зрения.

Световые явления:

1. Изучив раздел II, вы узнали, что мы видим окружающий мир благодаря тому, что тела вокруг нас отражают свет или сами являются источниками света.

ИСТОЧНИКИ СВЕТА физические тела, частицы (атомы, молекулы, ионы) которых излучают свет
Естественные		Искусственные
Тепловые		Люминесцентные
Точечные		Протяженные

2. Вы узнали о законах геометрической оптики.

ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Закон прямолинейного распространения света	Законы отражения света	Законы преломления света
В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно	1. Лучи падающий, отраженный, преломленный, а также перпендикуляр, проведенный из точки падения луча к поверхности, на которую он падает, лежат в одной плоскости
Следствие прямолинейного распространения света — образование тени и полутени	2. Угол отражения равен углу падения:	3. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред — величина неизменная:
Чем меньше скорость света в среде, тем больше оптическая плотность среды.		Причина преломления света: изменение скорости распространения света при переходе из одной среды в другую.

3. Вы ознакомились с опытами И. Ньютона и выяснили, что белый свет

состоит из света разных цветов. Свет разных цветов распространяется в вакууме с одинаковой скоростью а в среде — с разной.

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА зависимость показателя преломления среды от цвета света
Опыты И. Ньютона	Спектральные цвета
	Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Синий Фиолетовый
	Наибольший показатель преломления имеет фиолетовый свет, наименьший — красный

4. Вы научились строить изображения в плоском зеркале и линзах.

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Плоское зеркало	Линза
Изображение мнимое; симметрично предмету относительно поверхности зеркала	собирающая	рассеивающая
	Вид изображения зависит от места расположения предмета	Изображение всегда мнимое, уменьшенное, прямое
Оптическая сила линзы: . Формула тонкой линзы . Увеличение предмета в линзе:

5. Вы ознакомились с оптическими устройствами, в которых используют линзы.

ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Устройства, вооружающие глаз		Устройства, дающие изображения на экране
Лупа	очки	Фотоаппарат	Проекционный аппарат

Новые приемники и источники света

Благодаря достижениям в электронике существенным образом изменились как источники, так и приемники света, стали общедоступными уникальные научные изобретения.

Расспросите ваших дедушек и бабушек о том, как делали фотографии двадцать и более лет тому назад. Оказывается, это была достаточно сложная процедура. Для вас же стало обычным, увидев интересный сюжет, навести камеру мобильного телефона, нажать соответствующую кнопку и мгновенно переслать готовое изображение друзьям.

Приведем еще пример. Об узком направленном пучке света, имеющем уникальные свойства, раньше шла речь только в фантастических произведениях. В наше время лазерный луч применяется настолько широко, что даже самые смелые фантасты прошлого века не могли себе этого представить. Так что, получается, раздел физики под названием «Оптика» безнадежно устарел и вы зря изучали раздел II учебника?

Не будем делать поспешных выводов и рассмотрим некоторые из современных оптических устройств подробнее.

Лазер:

Все вы, конечно, видели лазерные шоу в цирке или на эстрадных концертах: тонкие пучки света пронизывают пространство зала, быстро пролетают над головами зрителей. Захватывающее зрелище!

На рисунке представлен один из видов лазеров — газовый. Яркий светящийся «шнур» в стеклянной трубке — это не лазерный луч, а электрический разряд, подобный разряду в лампах дневного света.

Разряд служит для «накачки» рабочего тела (газа внутри стеклянной трубки). Этот процесс заключается в том, что атомы газа постепенно приобретают избыточную энергию от электрического разряда, а затем лавинообразно отдают ее в виде импульса (вспышки) света.

Цифровой фотоаппарат:

В фотоаппаратах старых конструкций устройством, фиксирующим изображение, была фотопленка. В цифровых фотоаппаратах таким устройством является пластинка, покрытая очень мелкими световыми датчиками (пикселями). Каждый из этих датчиков фиксирует «кусочек» светового потока. Чем меньше размер пикселя, тем более качественное изображение можно

получить. Пластинка хорошего фотоаппарата насчитывает 18-20 млн пикселей. Количество пикселей в мобильном телефоне меньше, так как съемка — не основная функция телефона, соответственно и качество снимков хуже.

Микропроцессор фотоаппарата обрабатывает информацию от сенсоров и запоминает ее в виде отдельного файла.

История фотографии насчитывает более 180 лет. При этом и в старых фотоаппаратах, и в самых современных один из важнейших элементов — оптическая система, которая должна обеспечить четкое изображение разных объектов съемки — и вашего приятеля, стоящего совсем рядом, и гор, виднеющихся на горизонте. Так что рано сбрасывать оптику со счетов, конструкторам современных фотоаппаратов и видеокамер она еще

Очень часто создатели современных фильмов сознательно (или из-за недостатка знаний) искажают информацию о возможностях лазеров. Приведем лишь несколько примеров.

Сколько ни дыми, все равно не увидишь. Во многих фильмах для обнаружения охранной сигнализации герои пускают клубы дыма — и лучи лазера становятся видимыми. На самом деле изготовить лазеры, работающие в инфракрасном (невидимом для глаза) диапазоне, намного проще, чем работающие в видимом диапазоне. Именно их и используют в стандартных охранных системах. Инфракрасный луч, сколько его не задымляй, все равно остается невидимым для глаз.

Берегите глаза. Лазеры в фильмах используют для разрезания металлических препятствий (решетки, дверей сейфа и т. п.) — и это соответствует действительности. Вот только авторы фильмов часто забывают о защите героев от отраженных лучей, ведь отражение сверхмощного луча от разрезаемого металла будет тоже достаточно мощным. А значит, как минимум, следует беречь глаза!

Попробуй догони. Иногда создатели фильмов демонстрируют, что процесс распространения луча подобен полету пули. Это, конечно, не так. Скорость пули составляет несколько сотен метров в секунду, поэтому ее полет действительно может быть зарегистрирован с помощью скоростной киносъемки. А вот аналогичным образом проследить за процессом распространения луча света невозможно (напомним, что скорость света огромна — 300 ООО км/с).