Глаз как оптическая система. Оптические приборы. Строение и свойства глаза

В статье рассмотрим оптический прибор — глаз как оптическую систему.

Человеческий орган зрения — это особый мир, в котором есть все: солнце, цвет, люди, животные. Само анатомическое строение глаза настолько удивительно и сложно, что до сих пор науке неизвестны все нюансы функционирования зрения. Весьма интересен вопрос о том, что включает в себя эта оптическая система и как она устроена. Для того чтобы световой луч мог достичь своей цели, ему необходимо пройти четыре среды, в которых он преломляется, а информация в ходе этого процесса передается в мозг.

Оптическая система глаз включает роговицу, хрусталик, камерную влагу и стекловидное тело. Все эти структуры являются линзами, которые также имеют свое строение и особые свойства. Но поскольку характеристики сред различны у каждой из них, то и показатель светового преломления различен. В норме эта особенность природных линз способна обеспечить человеку идеальные зрительные функции. Однако любые физиологические или патологические изменения в организме могут существенно воздействовать на эту способность. Глаз человека имеет форму почти правильной сферы. Различные патологии видоизменяют его форму в вертикальный или горизонтальный эллипс, что значительно влияет на фокусировку и остроту зрения.

Рассмотрим подробнее глаз как оптическую систему и оптический прибор.

Роговица

Рефракция глаза и оптическая система начинаются с роговицы, которая является преломляющей линзой, выполняющей, помимо основных функций, защитные. Строение органа можно сравнивать с фотоаппаратом. В данном случае роговица – это его объектив. Световые пучки на ее передней поверхности преломляются. Роговицу, при подробном рассмотрении, составляет пять слоев, что способствует поддержанию уровня ее прозрачности. Здоровая линза — круглая, блестящая, видимых кровеносных сосудов на ней не должно наблюдаться.

Камерная влага

Оптическая система глаз включает в себя важную биологическую среду — влагу. Это вязкая бесцветная жидкость, заполняющая заднюю и переднюю глазные камеры. Каждый день вырабатывается новая порция такой жидкости, а отработанный объем через шлеммов канал поступает в кровоток, после чего выводится из организма. Камерная влага, кроме преломляющей функции, имеет еще и питательную, способствующую насыщению всех элементов глаза аминокислотами. Затрудненный выход ее из камеры влечет возникновение глаукомы.

Хрусталик глаза

Оптическая система глаз снабжена преломляющим элементом, выполняющим функцию рефракции, – это хрусталик. Его часто рассматривают как самостоятельный орган, довольно сложный по строению и очень важный по функциям. Хрусталик глаза является полутвердой субстанцией без сосудов. Он располагается сразу за радужной оболочкой и передает четкое отображение увиденной картинки в рамки желтого пятна на сетчатку. Содержит несколько слоев и капсульную сумку, которая может утолщаться и провоцировать помутнение.

Стекловидное тело

В оптическую систему глаза входит стекловидное тело, которое ее фактически замыкает. Оно обладает множеством важных функций. Его наличие позволяет лучу проходить путь от хрусталика, который локализуется в вязкой жидкости тела, к сетчатке. Не все воспринимают глаз как оптическую систему.

Оптические приборы, вооружающие глаз

Человеческий глаз, несмотря на природное совершенство, по своим свойствам далек от идеальных универсальных оптических приборов. Поэтому необходимо использовать оптику, вооружающую человеческий глаз новыми способностями. При рассмотрении различных приборов следует помнить, что в каждом случае они и орган зрения образуют единую оптическую систему, важнейшим элементом которой считается хрусталик.

Если говорить о глазе как об оптическом приборе в физике, он в целом помогает получить изображение того или иного предмета на сетчатке, и кажущаяся его величина оценивается человеком по величине этого изображения.

Особенностью оптической системы, которая включает в свой состав глаза, является то, что параметры такой системы могут изменяться благодаря изменению фокусного расстояния хрусталика при аккомодации. Подобные соображения позволяют с легкостью изучить действие увеличительной лупы, которая представляет собой обычную выпуклую линзу.

Такими же, только более сложными по строению и функционированию приборами являются микроскоп, телескоп и т. д.

Что не входит в состав оптической системы глаза?

В ее структуру не входят:

Склера. Роговица прозрачная, пропускает свет. Невидимая часть внешней оболочки глаза белая, которую можно сравнить с яичным белком. Она выполняет ограничительную и защитную функции.
Радужка. Эта часть глаза является участком сосудистой оболочки, причем радужка полностью лишена сосудов. Это единственная структура человеческого организма, питание которого осуществляется без вмешательства кровеносной системы. В центре радужной цветной оболочки локализуется зрачок, который под воздействием света может расширяться и сужаться. Эта особенность нужна для нормального зрения, поскольку обеспечивает прохождение световых лучей идеального диаметра.
Цилиарное тело, которое представляет собой соединительное звено между хориоидеей и задней поверхностью радужного покрова. Цилиарное тело содержит отростки, которые осуществляют весьма важные функции. Во-первых, они имеют способность поддерживать хрусталик в подвешенном состоянии, во-вторых, вырабатывают внутриглазную жидкость.
Сетчатка — самый сложный, элемент органа зрения, имеющий много слоев. Она является природным сенсором, который является периферийным участком анализатора. Именно в этой структуре происходит восприятие света и цвета. Сетчатка очень чувствительная и тонкая, держится благодаря эпителиальным связкам, дополнительно прижимаясь стекловидным телом. Глаз применяет ее для фиксации картинки и передачи ее по зрительным нервам в мозг. В строении сетчатки различают палочковые и колбочковые клетки. Колбочковые различают цветное изображение, а палочковые отвечают за зрение в темноте, но они существенно чувствительней. При тончайшем рассмотрении сетчатка состоит из десяти слоев, различных по своему строению, причем 9 из таковых абсолютно прозрачны.

Преломление света

Главными преломляющими средами человеческого глаза являются роговица, которая обладает наивысшей преломляющей силой, и хрусталик, представляющий двояковыпуклую линзу. Преломление света в глазу проходит по основным законам, которые изучает физика. Лучи, проходящие через центр хрусталика и роговицы (т. е. через главную глазную оптическую ось) перпендикулярно к их поверхности, преломления не испытывают. Остальные преломляются и внутри камеры глаза сходятся в единой точке – фокусе. Такой ход световых лучей обеспечивает на сетчатке четкое изображение, причем оно получается обратным и уменьшенным.

Показатель преломления света в стекловидном теле больше единицы, поэтому фокусные расстояния во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри (заднее) не могут быть одинаковы. Оптическая сила рассчитывается в виде обратного заднего фокусного расстояния глаза, выраженного в метрах. Она зависит от того, в состоянии покоя находится орган зрения или в состоянии аккомодации. Аккомодация — это способность четко различать предметы, которые находятся на разных расстояниях.

Заключение

Основные свойства глаза были представлены выше.

Оптическая система его является природный проектором, преломляя световые лучи и фокусируя их особым образом, сквозь хрусталик на сетчатку. Очень интересно, что картинка отпечатывается на ней в перевернутой форме. Все окружающее, что видит человеческий глаз, анализирует область мозга, отвечающая за зрительное восприятие. Именно там изображение переворачивается в привычное для человека.

Мы рассмотрели глаз как оптическую систему и оптический прибор.