The Fizika
Есть, что почитать.
"Из всех глядящих на меня глаз я научился узнавать только любящие и добрые твои." - Виктор пелевин
Восприятие реальности
Посмотрите вокруг. Что Вы видите? Почему и как Вы это видите? Эти, на первый взгляд, простые вопросы, на самом деле таят в себе много непростых ответов. Вы когда-либо задумывались, почему такой маленький орган, как глаз, может выполнять огромную работу по восприятию информации? Кстати, а какой именно информации?
А информация эта - обычный свет, который испускают тела вокруг нас.

Что такое свет с точки зрения физики?

Многие десятилетия ученые спорили о происхождении света. Одни утверждали, что свет – это частица, другие, что свет – это волна. Как было доказано в 20 веке: правы оказались и те, и другие. Это значит, что свет обладает свойствами как волны, так и частицы. Как любая волна, световое излучение обладает некоторыми характеристиками - длина волны, частота и энергия.

Длина волны
– это наименьшее расстояние между точками пространства, в которых колебания происходят в одинаковых фазах. При уменьшении длины волны всё больше проявляются корпускулярные свойства света, то есть свойства частицы, а волновые свойства коротковолнового излучения проявляются слабо. Примером коротковолнового излучения является рентгеновское излучение. И наоборот, у длинноволнового (инфракрасного) излучения квантовые свойства проявляются слабо.
Частота волны - число полных колебаний, совершенных в единицу времени. Длина волны и ее частота две тесно связанные между собой характеристики. Частоту можно вычислить разделив скорость распространения волны на ее длину.
Следует учитывать, что при распространении волны в пространстве от какого-либо источника происходит и распространение энергии. Частицы среды, вовлекаемые в колебательное движение, получают энергию от волны.

Какой диапазон волн воспринимает человеческий глаз?
Человеческий глаз способен различать очень маленький диапазон длин волн: от 380 до 740 нанометров. Если, к примеру, разложить белый свет по длинам волн, то мы получим видимый спектр - радугу. Каждый спектр будет восприниматься нами определенного цвета: от красного до фиолетового. Излучение с длиной волны больше 740 нанометров называется инфракрасным, меньше 380 нанометров - ультрафиолетовым. Но человеческий глаз не способен воспринимать ни тот, ни другой вид излучения.
Почему мы видим предметы, к тому же разного цвета?
Обязательным условием является попадание света на сетчатку глаза, но об этом чуть позже.

Для начала разберёмся, какие тела излучают свет, а какие нет? Все тела во вселенной делят на два типа: самосветящиеся тела, (такие как костёр и звёзды) и несамосветящиеся (печатная машинка, стол). Первый тип тел мы видим за счёт того, что они сами излучают световые волны. Второй тип тел их отражает. Рассмотрим эти явления на примере лампы. Когда нить лампы нагревается от протекающего по ней тока, атомы начинают двигаться быстрее, как бы «ударяясь друг о друга» . Эти удары возбуждают колебания крайних электронов, или по-другому, оптических электронов. Вследствие чего оптический электрон излучает волны (свет), который видит глаз.
Теперь вернемся к несамосветящимся телам. Тут оптические электроны возбуждаются не под действием температуры, а под действием волн, которые на них попадают. Или по-другому, за счёт колебаний оптические электроны порождают новые световые волны, которые и воспринимает глаз.

Таким образом, мы видим предметы, атомы которых рассеивают свет. Нужно отметить, что то как мы видим предмет зависит от свойств атомов предмета, на который попадает свет. Именно поэтому посмотрев на залитую солнцем поляну в теплый июльский день, мы видим яркую, сочную картинку, насыщенную разными красками.
Как известно, большую часть информации из внешнего мира мы получаем с помощью зрительного анализатора. Человек способен воспринимать информацию путём преобразования энергии электромагнитного излучения светового диапазона с помощью зрительной системы.
Теперь по порядку...
Для того, чтобы непосредственно перейти к изучению человеческого глаза, нужно немного вспомнить оптику. Давайте вспомним её основы.

Начнём с понятия «линзы». Что это?

Линза – это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой. Линзы бывают рассеивающими и собирающими. Отличить друг от друга очень просто: собирающая линза толще в середине, чем по краям, а рассеивающая наоборот. Но главное их отличие, как вы уже догадались, в том, что собирающая линза собирает лучи, а рассеивающая рассеивает. Что касается видов линз, то они бывают:
1. Собирающие (выпуклые) – двояковыпуклая, плоско-выпуклая, вогнуто-выпуклая. (а)
2. Рассеивающая (вогнутая) – двояковогнутая, плоско-вогнутая, выпукло-вогнутая. (б)

Любая линза имеет главную оптическую ось, то есть прямую, проходящую через центр кривизны сферической поверхности. Если рассматривать тонкую линзу, то можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую называют оптическим центром линзы. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями. Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи соберутся в одной точке, которая называется главным фокусом линзы. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые.
Какое самое важное свойство линзы?
Конечно же, давать изображения предметов.
Какие бывают изображения?
Прямыми и перевернутыми, действительными и мнимыми, увеличенными и уменьшенными. Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений.

Линзы обладают не только свойствами, но и имеют определённые законы. Мы рассмотрим закон преломления света: падающий и преломлённый лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред. Этот закон объясняет поведение луча при прохождении через любую среду. А именно: если луч пройдёт через определённую среду, он испытает преломление, а, значит, его угол преломления станет отличным от угла падения. Изменение угла зависит от характера среды.

И последнее, о чём мы поговорим перед тем, как перейдём к следующему разделу материала, это жидкие кристаллы. Как Вы знаете, вещества обладают несколькими фазовыми состояниями. Например, вода может превратиться в пар (газообразное состояние) или в лёд (твёрдое состояние). Так вот жидкие кристаллы - это определённое фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях. Эти условия: температура, давление, концентрация в растворе и т.д. Но постойте, кристаллы, как мы знаем, твёрдые, тогда каким образом они могут стать жидкими?
Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре жидкие кристаллы представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. По типу жидких кристаллов обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики.

Нематические жидкие кристаллы или нематики («нема» — по-гречески нить) — оптически одноосные жидкие кристаллы, имеют дальний ориентационный порядок, свободны в перемещении. Ориентация осей молекул в этих кристаллах параллельна, однако они не образуют отдельные слои. Длинные оси молекул лежат вдоль линий, параллельных определенному направлению, а их центры размещены хаотично. (1,2 картинки)

Смектики — наиболее упорядоченные 2-х мерные кристаллы. Имеют слоистую структуру, в отличие от нематиков (3 картинка).
Из чего состоит орган зрения?
Из глазного яблока и вспомогательного аппарата. Ко второму относится веки, ресницы, мышцы глазного яблока и т.д.

Глазное яблоко имеет шарообразную форму и расположено в глазнице, Оно имеет три оболочки, а также внутренне ядро – хрусталик, стекловидное тело и водянистую влагу передней и задней камеры глаза.

Прозрачный хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы, располагается позади радужки и заполняет собой почти всю внутреннюю полость глаза. Позади хрусталика находится стекловидное тело, которое представляет собой студенистую массу, состоящую из определенно ориентированных жидких кристаллов, выполняющих функцию световода. А водянистая влага обеспечивает прохождение света и питание роговицы и хрусталика.

Что отвечает за преломление света в глазу?
Внешняя оболочка глаза (фиброзная) состоит из склеры и роговицы. И именно роговица имеет наиболее высокую преломляющую способность.

Что фокусирует изображение, которое мы получаем?
Средняя оболочка (сосудистая) состоит из радужки, зрачка и ресничного тела.
Ресничное тело - это мышца, которая, сокращаясь, изменяет кривизну хрусталика, что необходимо для фокусирования изображения на желтое тело сетчатки глаза.

Светочувствительные элементы
Сетчатка глаза имеет сложное строение. В ней различают заднюю часть (зрительную), воспринимающую световые раздражения и переднюю (слепую), которая не содержит световых элементов.
Зрительная часть состоит из пигментных клеток, слоя фоторецепторов и двух слоёв нейронов.
Слой фоторецепторов содержит светочувствительные клетки – палочки и колбочки. Колбочек, в свою очередь, намного меньше палочек, они сосредоточены в центре сетчатки, по линии прохождения оптической оси глаза, где они образуют жёлтое пятно – место наилучшего видения.
По направлению к периферии сетчатки количество колбочек уменьшается, а палочек увеличивается.
Место, где зрительный нерв выходит из сетчатки, лишено фоторецепторов и называется слепым пятном.


Оптическая система глаза
Как Вы думаете, какие из перечисленных элементов зрительного анализатора составляют оптическую систему глаза? Это роговица, влага передних и задних камер, хрусталик и стекловидное тело. Лучи света, отражаясь от предметов, проходят через неё и собираются на сетчатке. При этом у людей с нормальным зрением лучи света, проходящие через каждую из этих сред, преломляются и затем попадают на сетчатку, где образуют уменьшенное и перевернутое изображение видимых глазом предметов. Что удивительно, из всех прозрачных сред глаза только хрусталик способен активно изменять свою кривизну, увеличивая её при рассмотрении близких предметов и уменьшая при взгляде на далёкие предметы. С изменением формы хрусталика меняется угол проходящих через него лучей, что позволяет получать на сетчатке четкое изображение объектов, находящихся на разных расстояниях от глаза. Такая способность хрусталика изменять свою кривизну в зависимости от удаленности предметов называется аккомодацией. Если при прохождении через прозрачные среды лучи преломляются слишком сильно, они фокусируются впереди сетчатки. В этом случае у человека возникает близорукость (миопия). У таких людей удлиненное глазное яблоко, либо увеличена кривизна хрусталика. Слабое преломление этих сред приводит к фокусировке лучей позади сетчатки, что вызывает дальнозоркость. Она возникает из-за укороченного глазного яблока или уплощения хрусталика.

Цветовые ощущения
У человека, согласно трёхкомпонентной теории Гельмгольца, все разнообразные цветовые ощущения возникают при возбуждении трёх типов колбочек.

Первый тип колбочек содержит пигмент эритролаб, второй – хлоролаб, третий – цианолаб. Эти пигменты обеспечивают восприятие соответственно красного, зелёного и синего цветов. Восприятие оттенков цвета или всех других цветов происходит вследствие возбуждения колбочек в разных соотношениях. При одновременном и одинаковом по интенсивности раздражении трёх типов колбочек возникает ощущение белого цвета.

Фотохимические реакции в палочках и колбочках вызывают генерацию нервных импульсов, которые по зрительному нерву передаются в подкорковые центры зрения в среднем и промежуточном мозге, а затем – в корковый отдел анализатора – затылочную область коры больших полушарий головного мозга.
Наше восприятие реальности зависит не только от нашего зрительного анализатора (и головного мозга, конечно), но и от испускания света телами. Всё вместе (совокупность физических и биологических процессов) даёт нам чёткую картину мира, которую мы привыкли видеть каждый день.
Над проектом работали:
Боголюбова Дарья
Главный редактор
Автор текста
Евсеева Екатерина
Бильд-редактор
Автор текста
По всем вопросам:
Санкт-Петербург, наб. реки Мойки 48
E-mail: phys.sno@gmail.com


This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website