Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Такие люди совсем не различают цвета, 10. Чувствительность глаза к излучениям различных длин волн характеризуется кривой видности. На этой кривой по оси абсцисс откладывается длина волны, а по оси ординат — видность )'ы т. е. величина, обратная энергетической мощности излучений, которые прн оценке глазом воспринимаются как одинаково яркие. Визуальное сравнение яркостей излучений далеких друг от друга длин волн затруднительно. Поэтому для построения кривой видности обычно применяют метод чалых ступеней, т. е. сравнивают попарно по видимой яркости излучения столь близких длин волн, что разница в цвете не затрудняет такое сравнение.
Несмотря на субъективность этого метода, воспроизводнмость результатов достаточно хороша, а кривые видности для различных людей не сильно отличаются друг от друга. Кривая видности среднего нормального глаза при дневном зрении, утвержденная Международной осветительной комиссией, приведена на рис. 82. Она имеет максимум в желто-зеленой части спектра при Х = 555 нм„условно принимаемый за единицу.
Прн сумеречном зрении, когда работает-только палочковый аппарат, кривая видности сохраняет свой общий вид, но смещается в сторону 'коротких волн с максимумом около 510 нм. При этом область максимальной чувствительности сетчатки смещается на 10 — 20' в сторону от центральной ямки.
Еще в 1825 г. Пуркинье (1787 — 1869) наблюдал, что излучения различного цвета, воспринимаемые глазом как одинаково яркие, меняют свою видимую яркость не одинаково, если их ослаблять в одно и то же число раз. Яркость излучений с большей длиной волны уменьшается быстрее, чем с более короткой длиной волны. Если ограничить поле зрения, чтобы оно не превосходило 1,5', и сконцентрировать сравниваемые излуяения в пределах центральной ямки, то свет будет восприниматься только колбочками.
Исследования показали, что в этом случае явление Пуркинье не наблюдается. Все это хорошо согласуется с двойным механизмом восприя- 141 ГлА3 и 3Рение Ф м] тия света: посредством колбочек и посредством палочек, которым соответствуют различные кривые видности. 11. Область, доступная зрительному восприятию глаза, конечно, не обрывается резко на длинах волн 400 и 760 нм. При Л = 400 нм видность Ъ'А примерно в 2500 раз, а при Л = 750 нм — в 20 000 раз меньше, чем в максимуме. В условиях темновей адаптации глаз может видеть в очень слабой степени интенсивные инфракрасные лучи с длинами воли до 950, а ультрафиолетовые — до 300 нм.
Границы видимой области, а также сама форма кривой видности человеческого глаза не случайны. Глаз сформировался в процессе длительной эволюции, приспособившись к условиям освещения лв РА о,з аг ~по газ юо юл;оэ А,ни Рис. 82 земных предметов солнечным светом, а также к условиям сумеречного и ночного освещения. На эту мысль наводит уже то обстоятельство, что на видимую область спектра приходится более 40':о энергии излучения Солнца, хотя она и занимает интервал менее одной октавы. Далее, солнечный спектр вблизи поверхности Земли практически обрывается на длине волны 290 нм.
Более короткие волны задерживаются слоем озона в атмосфере. Было бы биологически нецелесообразно, если бы глаз обладал способностью принимать излучение с длинами волн короче 290 нм. Более того, глаз должен защитить себя от ультрафиолетовых лучей. Они в большинстве случаев химически разлагают органические вещества и могут убивать живыв микроорганизмы и клетки.
Особенно вредно попадание ультрафиолетовых лучей па сетчатку глаза. Чувствительность сетчатки к ультрафиолетовым лучам довольно велика и, как показал С. И. Вавилов, имеет резкий максимум при Л = 380 нм. Однако от длинноволновых ультрафиолетовых лучей (290 ( Л . 400 нм), пропускаемых земной атмосферой, глаз защищен собственными средствами.
Такие лучи сильно погло- 14З ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЯ [ГЛ 11 щаются внутри глаза, особенно в хрусталике, и лишь ничтожная доля их доходит до сетчатки. С этим и связан сильный спад кривой чувствительности глаза на границе и в области ультрафиолета. При хирургическом удалении хрусталика, если только глаз про. должает функционировать, его чувствительность к ультрафиолетовым лучам заметно повышается '). Высокая чувствительность к инфракрасному излучению, если бы глаз обладал таковой, была бы не только нецелесообразна, но и сделала бы невозможной работу глаза в условиях солнечного освещения.
Причина этого — в тепловом излучении глаза. При низкой температуре глаза (310 К) все его тепловое излучение приходится на инфракрасную обтасть. Мощность, излучаемую 1 см' стенки глаза внутрь глазной полости, нетрудно оценить, пользуясь законом Стефана — Больцмана (см. $115). Она составляет около 0,105 Вт!Смз. Общая внутренняя поверхность глазной полости ж 17 см', так что полная мощность излучения глаза внутрь глазной полости будет ж 1,7 Вт. Оценим теперь мощность прямого солнечного излучения, попадающего через зрачок глаза, пользуясь значением солнечной постоянной (0,139 Вт/смз), приведенным в задаче к 3 5. Получим 0,139пг' ж 0,017 Вт (радиус г зрачка глаза принят равным 2 мм). Эта величина примерно в 100 раз меньше мощности собственного теплового излучения глаза.
Если бы чувствительность глаза в инфракрасной области спектра была столь же велика, что и и желто- зеленой, то собственное тепловое инфракрасное излучение глаза затмило бы не только рассеянное излучение неба, но и прямой солнечный свет. Работа глаза как органа зрения стала бы абсолютно невозможной. В этом, по мнению С. И. Вавилова (!891 — 195!), одна из причин, почему нет зрения в инфракрасных лучах. Другая причина заключается в малости энергии инфракрасных квантов света.
Процесс зрения должен начинаться либо химическими, либо фотоэлектрическими действиями, а они вызываются отдельными квантами света и не могут происходить, если энергия кванта меньше некоторого минимального предела. 12. Для возбуждения светочувствительных рецепторов необходимо, чтобы они поглощали свет. Как правило, чувствительность рецептора к свету определенной длины волны должна быть тем выше, чем сильнее поглощает он свет той же длины волны. Это обстоятельство уже давно побудило исследователей искать в сетчатке глаза т) ультрафиолетовые лучи, попадая в глаз, вызывают его флуоресценцию, преобразуясь в синеватый свет, воспринимаемый сетчаткой.
Такое косвенное воздействие ультрафиолета проявляется, например, в следующем опыте. Если посмотреть на мощную ртутную кварцевую лампу, излучающую ультрафиолет, через специальное темное стекло, задерживающее видимые, но пропускающее ультрафиолетовые лучи, то благодаря флуоресценции внутри глаза окружающий воздух покажется йаполненным синеватым туманом, напоминающим табачный дым, $ м! гллз и зрвиив светочувствительные пигменты. Такой пигмент (радопсин, или зрительный пурпур) был обнаружен в палочках человеческого глаза.
Это — вещество розоватого цвета, разлагающееся (выцветающее) на свету и снова восстанавливающееся в темноте. Спектральная кривая поглощения родопсина близка к сумеречной кривой видности. Извлечь светочувствительные пигменты из колбочек сетчатки человека пока не удалось, хотя наблюдения живого глаза через зрачок, по-видимому, подтверждают, что в центральной части сетчатки имеются пигменты, выцветающие на свету, Глаз человека обладает способностью приспосабливаться к освещенностям,меняющимся в необычайно широких пределах. Прямые солнечные лучи создают освещенности 10' лк, а в полной темноте глаз способен отличать от темноты предметы с освещенностью 10 ' лк. Глаз способен воспринимать световые потоки в интервале 10 "— 10 ' Вт.
Процесс приспособления глаза к тому или иному уровню яркости света называется адаптацией. При повышении яркости происходит световая, при понижении — темновая адаптация. При переходе от яркости 1000 кдгм' к темноте чувствительность глаза возрастает в течение часа примерно в 10 миллионов раз. Сначала чувствительность возрастает очень быстро, затем ее рост замедляется и после часа пребывания в темноте уровень чувствительности почти не меняется. Световая адаптация происходит много быстрее.
При средних яркостях она продолжается 1 — 3 минуты. Изменение чувствительности к световому восприятию в столь широких пределах свойственно палочкам. Темновая адаптация колбочек происходит значительно быстрее, причем чувствительность колбочек возрастает всего в 10 — 100 раз. В состоянии максимальной световой адаптации глаз может без вреда переносить сравнгггельно большие яркости (например, яркости белых матовых поверхностей, освещаемых прямым солнечным светом). При больших яркостях необходима искусственная защита глаза. Так, наблюдение солнечного затмения можно вести только через закопченное стекло или другой сильно ослабляющий светофильтр При пребывании на ледникак и в горах на большой высоте необходимо пользоваться темными или цветными очками.
Здесь очки необходимы также для защиты от ультрафиолетовых лучей, достигающих на больших высотах значительных интенсивностей и вредно действующих на глаз. Адаптация глаза происходит автоматически, но механизм ее выяснен не совсем. При резком увеличении яркости света почти мгновенно сужается зрачок. При уменьшении яркости до прежнего уровня зрачок вновь расширяется. Происходит также изменение чувствительности самих рецепторов. Долгое время считалось, что такое изменение чувствительности связано с изменением количества родопсина в палочках, Когда яркость света повышается, родоясин выцветает, и чувствительность глаза понижается. При уменьшении яркости происходит восстановление родопсина и свя- !'И ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕИИЛ !ГЛ И ванное с этим повышение чувствительности,.
Однако работы последнего времени поставили гюд сомнение эту точку зрения. Наблюдения показали, что чувствительность глаза к свету меняется всего сильнее, когда уменьшение родопсина еше очень невелико. Наоборот, когда концентрация родопсина резко уменьшается, чувствительность уменьшается незначительно. С изложенной точки зрения это понять трудно. Возможно, играет роль перестройка корковых центров головного мозга, воспринимающих свет, т. е. повышение и понижение их чувствительности. й 22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
