Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Посредством изменения кривизны поверхностей хрусталика достигается приведение изображения предметов, лежащих на различных расстояниях, точно на поверхность чувствительно~о слоя сетчатки; этот процесс называется акколодацией. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело 8.
По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом, Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры н стекловидного тела. Изображение получается на светочувствительной поверхности сетчатки. Наводка па резкость изображения осуществляется путем аккомодацпн. Наконец, зрачок играет роль изменяющейся по диаметру диафрагмы. Способность глаза к аккомодацни обеспечивает возможность получения на сетчатке резких изображений предметов, находящихся на различных расстояниях.
Нормальный глаз в спокойном состоянии, т. е, оез какого-лцбо усилия аккомодацин, дает на сетчатке отчетливое изображение удаленных предметов (напрнмер, звезд), С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика н, следовательно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз осуществляет наводку на нужное расстояние. Н а и м е н ьш е е р а с с т о я н и е, на котором нормальный глаз может отчетливо видеть предметы, меняется в зависимости от возраста от !О см (возраст до 20 лет) до 22 см (возраст около 40 лет).
В более пожилом возрасте способность глаза к аккомодации еще уменьшается; наименьшее расстояние доходит до 30 см и более — возрастная дальнозоркость. Далеко не у всех людей глаз является н о р м а л ь и ы м. Нередко задний фокус глаза в спокойном состоянии находится не на самой сетчатке (как у нормального глаза), а с той илн другой стороны от нее. Если фокус глаза в спокойном 292 состоянии лежит внутри глаза п е р ед с е тч а т ко й (рнс.
247, а), то глаз называется бливоругсим. Такой глаз не может отчетливо видеть отдаленные предметы, так как напряжение мышц прн аккомодацпи еще сильнее отдаляет фокус от сетчатки, Для исправления близорукости глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами (рис. 247, б). а) Рис. 247. Близорукость глаза (и) исправляется с помощью рассеивающей линзы (б); дальнозоркость (и) — с помощью собирающей лин- зы (г) В дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии глаза находится з а с е т ч а т к о й (рис.
247, в). Дальнозоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтобы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для вйдеиия близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недостаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами (рис. 247, г), приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.
$!13. Оптические приборы, вооружающие глаз. Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу, в ием можно все же найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления, т. е. точку, играющую роль о п т и ч ее к о го цен т р а (см. 288 гл, Х). Оптический центр глаза находится внутри хрусталика вблизи задней поверхности его. Расстояние )г от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нормального глаза 15 мм. Зная положение оптического центра, можно легко построить изображение какого-либо предмета на сетчатой оболочке глаза.
Изображение всегда д е й с т в и т е л ь н о е, у м е н ь ш е н н о е и о б р а т н о е (рпс. 248, а). Угол ер, 293 тод которым виден предмет 5,5, из оптического центра глаза >, называется углолг зрения, Сетчатая оболочка имеет сложное строение и состоит из > т д е л ь н ы х светочувствительных элементов, Поэтому тве точки объекта, расположенные настолько близко друг н другу, что их изображения на сетчатке попадают на один «тот же элемент, воспринимаются глазом как одна точка.
Минимальный угол зрения, под которым две светящиеся ~очки или две черные точки на белом фоне воспринимаются ..лазом еще раздельно, составляет приблизительно одну ми«уту. Глаз плохо распознаегп депгали пред, нета, которые 8,' в,' и о) г г 82 Рис. 248. о) Угол зрения ср=5«5«'в=5«5а/)>; б) пря увеличении угла «ренин увелячивается изображение рассматриваемого предмета па сет- чатке; )ч'=Ь')з=гр'пр >н видит под углом л«енсе 1'. Это — угол, под которым виден >трезок, длина которого ! см на расстоянии 34 м от глаза. 1ри плохом освещении (в сумерках) минимальный угол раз>ешения повышается и может дойти до 1'.
Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зре«ия и, следовательно, получаем возможность лучше разли«ать мелкие детали. Однако очень близко к глазу приблизить предмет мы не можем, так как способность глаза к акномодации ограничена. Для нормального глаза наиболее >лагоприятным для рассматривания предмета оказывается >асстояние около 25 см, при котором глаз достаточно хорошо >азличает детали без чрезмерного утомления. Это расстояние «азывается расстояние>м наилучшего зрения. Для близорукого глаза это расстояние несколько меньше. Поэтому близо>укие люди, помещая рассматриваемый предмет ближе к глазу, чем л«оди с нормальным зрением или дальнозоркие, видят его под ббльшим углом зрения и могут лучше разчичать мелкие детали. )Я4 3начительноеувеличение угла зрения достигается с помощью оптических приборов. По своему назначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на следующие две большие группы.
1. Приборы, служащие для рассматривания о ч е н ь мел к и х ар едм е то в (лупа, микроскоп). Эти приборы как бы «увеличивают» рассматриваемые предметы. 2. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба, бинокль, телескоп и т. п.). Эти приборы как бы «приближают» рассматриваемые предметы, Благодаря увеличению угла зрения при использовании оптического прибора размер изображения предмета на сетчатке увеличивается по сравнению с изображением в невооруженном глазе и, следовательно, возрастает способность распознавания деталей. Отношение длины изображения на сетчатке в случае вооруженного глаза 6' к длине изображения для невооруженного глаза 6 (рис.
248, б) называется увеличением оптического прибора. С помощью рис. 248, б легко видеть, что увеличение йг равно также отношению угла зрения ср' при рассматривании предмета через инструмент к углу зрения ср для невооруженного глаза, ибо ср' и <р невелики. Итак, йг = й'(б = р'(р. (11 3. 1) $ 114. Лупа. Простейшим прибором для вооружения глаза является лула. В качестве лупы применяются собирающие линзы с фокусным расстоянием от 1О до 100 мм.
Лупа помещается перед глазом, по возможности ближе к нему, а рассматриваемый предмет — на расстоянии, немного меньшем фокусного расстояния лупы. Построение изображения в зтом случае было рассмотрено в 997 гл. Х. На- Рнс. 249. Ход лучей прн рассматрнвапнн небольшого предмета череп л пу 295 помним, что в этих условиях получается м н и м о е, п р ям о е, у в е л и ч е н н о е изображение, На рис. 249 показан ход лучей при рассматривании небольшого предмета через лупу.
Лучи, исходящие из точки 5 предмета (, преломляются сначала в лупе, затем в преломляющих средах глаза и собираются в точке 5" на сетчатке. В той же точке 5" собрались бы лучи, если бы лупы не было, а источник находился бы в точке 5', т. е. если бы глаз непосредственно рассматривал предмет у в ел ичен ны х размеров Г, находящийся на соответственном расстоянии от глаза.
Лучи, вычерченные на рис. 249 штриховыми линиямн, пересечение которых в точке 5' дает мвимое изображение точки 5, в действительности не существуют. Мы можем поместить сразу за предметом непрозрачный экран, и ничто от этого пе изменится. Однако мы «видим» предмет Г, так как глаз автоматически <восстанавливает» ход попавших в него лучей, а лучи после преломления в лупе падают на глаз так, как если бы П было реальным предметом. Найдем увеличение лупы. Предположим, что предмет, имеющий длину г' (рис.
250, а), находятся от глаза на расстоянии наилучшего видения с). Тогда угол зрения равен Ч=О Поместим тот же предмет (рис. 250, б) вблизи фокуса г' а) и Рис. 2бб. Рассматривание небольшого предмета невооруженным гла- зом (а) и через лупу (б) лупы и будем рассматривать его через лупу. Мы увидим изображение предмета длины г' под углом зрения гр', причем и »р =— а' ' где а' — расстояние от лупы до изображения (р а с с т о янием от лупы до оптического центра глаза пренебрегаем). По формуле увеличения линзы имеем следующее соотношение: в о' о следовательно, 1 ч! а ' Отсюда для увеличения лупы находим ч' 0 У= — = —.
о Так как предмет находится возле фок у с а, то а=). Таким образом, полагая расстояние наилучшего вйдения 0=-250 мм, для увеличения лупы получаем приближенно следующую формулу: (ч' = 250/~, (!14.1) где 1 должно быть выражено в миллиметрах; например, при 1=50 мм лупа имеет пятикратное увеличение. Предмет может лежать в самой фокальной п л о с к о с т и лупы. В таком случае от каждой точки предмета из лупы исходит п а р а л л е л ь н ы й п у ч о к лучей, который сводится глазом в точку: на сетчатке глаза получается резкое изображение предмета.
Отметим, что этот случай особо благоприятен д л я н а б л ю д е н и я: нормальный глаз сводит в точку параллельный пучок, находясь в состоянии покоя; таким образом, усилия аккомодации ве требуется, и в этих условиях наблюдения глаз менее утомляется. Именно при таком способе наблюдения увеличение лупы имеет точно значение, даваемое формулой (114.1). Лупы различного вида широко применяются при мелкой и точной работе, прн измерениях и т. п, Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень большие увеличения,— надо только уменьшать ее фокусное расстояние. Например, при фокусном расстоянии 0,25 мм увеличение лупы равно 1000.
Однако пользование лупами с очень малым фокусным расстоянием, а следовательно, и с малым диаметрам, практически невозможна. Поэтому лупы с увеличением более 40 не применяются. 297 й 11б. Микроскоп. Лля получения ббльших увеличений применяется микроскоп. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей более или менее сложной конструкции: объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис.
251, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами. Как и лупа, микроскоп дает возможность рассматривать изображение предмета под ббльшим углом. чем это возможно ~и Рис. 251. Хад лучей в микресксие для невооруженного глаза. Небольшой предмет 5,5, помещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива; его действительное изображение 5;5.: находится вблизи переднего фокуса Ее окуляра 2 — между окуляром и его передним фокусом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
