uabooks.top » Fizika » 28. Optikai rendszerek. Látószög
Інформація про новину
  • Переглядів: 128
  • Дата: 2-07-2020, 04:48
2-07-2020, 04:48

28. Optikai rendszerek. Látószög

Категорія: Fizika




Az ember látási szerve a szem - az egyik legtökéletesebb, de legegyszerűbb optikai rendszer. Milyen a szem felépítése? Miért látnak egyesek rosszul, és hogyan lehet a látásukon javítani? Hogyan figyelhetők meg a viszonylag távoli és kisméretű tárgyak? Mi a látószög, miért szükséges azt megnövelni, és hogyan érhető ez el?

Miért, és hogyan látunk?

Az optikai rendszer - a fénysugárnyalábok alakítására vagy képalkotásra létrehozott optikai elemek összessége.

Megkülönböztetünk természetes (biológiai) és mesterséges optikai rendszereket.

Az emberi szem (28.1. ábra) gömb formájú, az átmérője megközelítőleg 2,5 cm. Kívülről a szemgolyót ínhártya védi. Az ínhártya elülső része átlátszó szaruhártya, amely a gyűjtőlencsére hat, és a szem fénytörési képességének 75%-át biztosítja.

Az ínhártya belső oldalát a szemet tápláló érhártya borítja, amelyben a retina — fényérzékeny ideghálózat — található. Azt a helyet, ahol a látóideg a szembe kerül, vakfoltnak nevezik, mert ott nem érzékeli a fényt. A szem elülső részén az érhártya szivárványhártyába megy át, melyen egy kerek lyuk, a pupilla található. A pupilla átmérője a fényintenzitástól függően váltakozik.

A szem alkalmazkodóképességét a megfigyelt tárgyak különböző fényességéhez adaptációnak nevezzük.

A pupilla miért húzódik össze erős fényben, gyenge fényben pedig miért tágul ki?

A pupilla mögött található a szemlencse, amely domború lencse. A szemlencse a vele ösz-szekapcsolt izmoknak köszönhetően tudja változtatni a görbületét, tehát a törőértékét is.

A szemlencse azon tulajdonságát, mely szerint képes változtatni a görbületét a megfigyelt tárgy távolságának megváltozásakor, akkomo-dációnak nevezzük.

A képalkotásban részt vesz az üvegtest is - a szemlencse és a retina közti részt betöltő kocsonyás anyag. A szem felszínére kerülő fény megtörik a szaruhártyán, a pupillán és az üvegtesten. Ennek eredményeként a retinán megjelenik a tárgy valódi, kicsinyített és fordított képe (28.2. ábra).

Ha az ember távoli tárgyakat figyel meg, a szemébe párhuzamos sugarak jutnak. Ebben az esetben a szem ellazult állapotban van. Minél közelebb található a tárgy, annál feszültebb a szem.

Azt a legkisebb távolságot, amelyen a szem megerőltetés nélkül látja a tárgyat, a tiszta látás távolságának nevezzük.

Az ember számára a tiszta látás távolsága nagyjából 25 cm (d0 = 25 cm). Az ilyen embereknél az izmok elernyedt állapotában a szem optikai rendszerének fókuszpontja a retinára esik, vagyis a szembe kerülő párhuzamos sugarak a retinán gyűlnek össze (28.3. a ábra).

A normál szem törőereje megközelítőleg 58,5 dioptria, amely 1,71 cm fókusztávolságnak felel meg.

Rövidlátás esetén a szem optikai rendszerének fókuszpontja nem megerőltetett állapotban a retina előtt helyezkedik el (28.3. b ábra), ezért a tárgyak képe a retinán elmosódott. A tiszta látás távolsága ebben az esetben kevesebb 25 cm-nél, ezért a rövidlátó ember a tisztább látás érdekében a tárgyat a szeméhez közelíti. A rövidlátás korrigálható szórólencsés szemüveg vagy kontaktlencse segítségével.

Távollátáskor a szem optikai rendszerének fókuszpontja nem megerőltetett állapotban a retina mögött helyezkedik el (28.3. c ábra), a tárgyak képe szintén elmosódott, nem tiszta. A tiszta látás távolsága ebben az esetben több 25 cm-nél, ezért a beteg távolabbra tartja az újságot. A távollátás gyűjtőlencsés szemüveggel vagy kontaktlencsével korrigálható.

A rövidlátó ember a tárgyat vizsgálva a szeméhez közelíti azt, megnövelve ezáltal a látószöget, amelynek következtében a kisebb részletek jól kivehetővé vállnak, esetenként jobban is, mint normál látású embereknél.

A távollátó ember nehezen különbözteti meg a tárgyak apró részleteit, mivel a tárgyat távolítani kell a szemétől, ami a látószög csökkenését eredményezi.

Mi a látószög, és miért szükséges növelni?

A tárgy képének H méretét a retinán a cp látószög határozza meg - az a szög, melynek csúcsa a szem optikai középpontja, szárai pedig a tárgy szélső pontjaira irányított sugarak (28.4. ábra):

A látószög növelésével növekszik a tárgy képe a retinán, ezért növekszik a retina képalkotásban részt vevő fényérzékeny sejtjeinek száma, és ennek megfelelően növekszik a tárgyról kapott vizuális információ mennyisége.

A tárgyakról kapott vizuális információ megszerzésében fontos szerepet játszik a szem felbontóképessége. A kép két pontját a szem különállónak érzékeli, ha azok a szem két más-más fényérzékeny sejtjére kerülnek. A szem felbontóképességét az a minimális (pmin látószög határozza meg, amely alatt a két pont még különállónak látszik. Az átlagos minimális látószög értéke megközelítőleg 1 ívperc

ez nagyon kis szög (például ilyen szög alatt látszik az 1 cm hosszú szakasz a szemtói 34 m távolságra). A megvilágítás csökkenésével a szem felbontóképessége is csökken.

Ahhoz, hogy részletesen megvizsgálhassunk egy tárgyat, növelnünk kell a látásszöget. Ezt optikai berendezésekkel érhetjük el, amelyeket rendeltetésük szerint két csoportra oszthatunk: 1) a nagyon apró tárgyak vizsgálatára szolgáló eszközök, amelyek úgymond megnagyítják a vizsgálandó objektumot (nagyító, mikroszkóp);

2) távoli tárgyak vizsgálatára szolgáló eszközök, amelyek „közelebb hozzák” a megfigyelt tárgyakat (látcső, teleszkóp, távcső).

A legegyszerűbb nagyítóeszköz a kézi nagyító (lupe) - üvegből vagy műanyagból készített rövid fókusztávolságú domború lencse.

Legyen a h magasságú AB tárgy a szemtől a tiszta látás távolságán (d0) belül (28.5. a ábra). A tárgyat φ0 szög alatt látjuk. A látószög növelése érdekében a tárgy A'B' helyzetbe közelíthető, viszont ebben az esetben már nagyon közel kerül. Jobb eredményt érhetünk el kézi nagyítóval.

A tárgyat nagyjából a nagyító fókuszpontjának közelébe helyezzük és a szemhez közelített nagyítóval megvizsgáljuk

(28.5. b ábra). Ha eközben a tárgy ΑλΒλ látszólagos képe a tiszta látás távolságán lesz

akkor a szem nincs megerőltetve és a látószög maximális lesz.

Minél kisebb a nagyító fókusztávolsága, annál nagyobb nagyításra képes. A gyakorlatban 2 cm-nél kisebb fókusztávolságú nagyítót nem használnak, mivel az ilyen nagyítók jelentősen eltorzított képet eredményeznek. A legjobb nagyítók a látószöget 5-10-szeresére növelik.

Számos tudományos és technikai vizsgálathoz az objektum tízszeres nagyítása sem elegendő. Ebben az esetben optikai mikroszkópot használnak, amely két rövidfókuszú rendszernek — az objektívnek és a szemlencsének (iokulárnak:) a kombinációja, amelyeket egymástól meghatározott távolságra egy csőben (tubusban) helyeznek el. Az optikai mikroszkópok a látószöget 1000-szeresére is megnövelhetik. Ez a határérték, ami a fény hullámtulajdonságai miatt magasabb nem lehet.

Az optikai rendszerek által kapott képek hiányosságai

A valós optikai rendszerek által kapott képeknek számtalan hiányossága van, melyek közül a legjelentősebbek a következők.

A szférikus aberráció (gömbi hiba) oka abban rejlik, hogy a tárgy egy pontjáról elindult sugarak, áthatolva az optikai rendszeren, nem egy pontban gyűlnek össze, ezért a pontszerű leképezés helyett szóródási kör jön létre, a kép elmosódott lesz.

A kromatikus aberráció (színhiba) azért jön létre, mert a lencsén áthatolva a fehér szín tartományába tartozó különböző hosszúságú hullámok másképp törnek meg, aminek következtében a lencsében a pontok ábrázolása szivárványszerű körök formájában látható.

Az asztigmatizmus — a tárgy és a képe közötti hasonlóság sérülése: a fő optikai tengelytől távol eső tárgypontból kiinduló fénysugarak képe elferdített felszínnel rendelkezik.

Az optikai rendszereknek szinte az összes hibája pótlencsék felhasználásával korrigálható, de teljes kijavításuk nem lehetséges. Ezért az eszközök rendeltetésétől függően javítják ki a lényegesebb hibákat.

Összegezés

Az optikai rendszer a fénysugárnyalábok alakítására vagy a képalkotásra létrehozott optikai elemek összessége.

A biológiai optikai rendszer példája a szem: a szembe kerülve a fény megtörik, és ennek eredményeként a retinán — a szemfenék fényérzékeny részén — a tárgy kicsinyített, valós, fordított képe jön létre.

A szem által a tárgyról kapott vizuális információ mennyiségét a látószög határozza meg. A látószög az a szög, amelynek csúcsa a szem optikai középpontja, szárai pedig a tárgy szélső

pontjaira irányított sugarak:

A szem felbontóképességét az a minimális látószög határozza meg, amely alatt a két pont még különállónak látszik.

A látószög megnövelésére különféle mesterséges optikai eszközöket használnak.

Ellenőrző kérdések

1. Ismertessétek az emberi szem felépítését és optikai elemeinek rendeltetését!

2. Hogyan változik a pupilla átmérője gyenge fényben? 3. Az ép látású ember

miért látja egyformán jól a távoli és közeli tárgyakat is? 4. A látás milyen hibáját nevezzük rövidlátásnak? Távollátásnak? Hogyan lehet ezeket kiküszöbölni?

5. Mit nevezünk látószögnek, és milyen célból növelik meg? 6. Milyen eszközöket

használnak a látószög megnövelésére?

28. gyakorlat

1. Milyen látáskárosodása van az embernek, ha szemének a törésmutatója kisebb, mind az egészséges szemű emberé?

2. Olvasás közben az ember a könyvet 15 cm-re tartja a szemétől. Milyen szemüvegre van szüksége?

3. Bármilyen tetszőleges lencse szolgálhat nagyítóként? Válaszotokat magyarázzátok meg!

Az 1,8 cm átmérőjű gömb az egészséges látású megfigyelőtől 2 m-re található. Mekkora a gömb képe a retinán?

5. Milyen látáskárosodása van az embernek, ha a tiszta látás távolságáról szemléli a tárgyat, miközben +2 dpt erősségű lencsét használ? Milyen távolságról látná tisztán az adott tárgyat ez az ember mindennemű eszköz nélkül?

6. Napjainkban a látásélesség csökkenése az egyik legelterjedtebb betegség. Tudjátok meg, milyen tényezők hatnak negatívan látásunkra, és milyen szabályok betartásával maradhat minél tovább egészséges a látásunk!

7. Távoli objektumok (bolygók, csillagok, aszteroidák) megfigyelésére teleszkópot használnak, amelynek két különböző típusát különböztetjük meg: reflektor-teleszkópot és refraktor-teleszkó-pot. Derítsétek ki, miben különböznek egymástól, és milyen előnyeik vannak!

Fizika számokban

Mit jelentenek a szemüveg keretén található számok?*

* A méretek milliméterben értendők.

 

 

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev

 





^