26.1: Fizikia ya Jicho

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183283

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza malezi ya picha na jicho.
Eleza kwa nini picha za pembeni hazipo maelezo na rangi.
Eleza fahirisi za refractive.
Kuchambua malazi ya jicho kwa maono ya mbali na ya karibu.

Jicho labda ni ya kuvutia zaidi ya vyombo vyote vya macho. Jicho ni ajabu kwa jinsi inavyounda picha na katika utajiri wa undani na rangi inaweza kuchunguza. Hata hivyo, macho yetu kwa kawaida yanahitaji marekebisho, kufikia kile kinachoitwa “kawaida” maono, lakini inapaswa kuitwa bora badala ya kawaida. Uundaji wa picha kwa macho yetu na marekebisho ya kawaida ya maono ni rahisi kuchambua na optics iliyojadiliwa katika “Optics ya jiometri.”

Kielelezo 1 kinaonyesha anatomy ya msingi ya jicho. Kornea na lens huunda mfumo ambao, kwa makadirio mazuri, hufanya kama lens moja nyembamba. Kwa maono wazi, picha halisi inapaswa kupangwa kwenye retina nyeti ya mwanga, ambayo iko katika umbali uliowekwa kutoka kwa lens. Lens ya jicho hubadilisha nguvu zake kuzalisha picha kwenye retina kwa vitu kwa umbali tofauti. Katikati ya picha huanguka kwenye fovea, ambayo ina wiani mkubwa wa receptors mwanga na acuity kubwa (ukali) katika uwanja wa kuona. Ufunguzi wa kutofautiana (au mwanafunzi) wa jicho pamoja na kukabiliana na kemikali huwezesha jicho kuchunguza nguvu za mwanga kutoka chini kabisa inayoonekana hadi\(10^{10}\) mara zaidi (bila uharibifu). Hii ni aina ya ajabu ya kugundua. Macho yetu hufanya kazi nyingi, kama vile mwelekeo wa hisia, harakati, rangi za kisasa, na umbali. Usindikaji wa msukumo wa neva wa kuona huanza na kuingiliana katika retina na unaendelea katika ubongo. Mishipa ya optic hutoa ishara zilizopokelewa na jicho kwa ubongo.

Takwimu inaonyesha muundo wa ndani wa jicho na maandiko. Maandiko haya ni pamoja na konea, iris, ucheshi yenye maji, nyuzi za ciliary, lens, ucheshi wa vitreous, retina, fovea, diski ya sclera, na ujasiri wa optic. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kornea na lens ya jicho hufanya pamoja ili kuunda picha halisi kwenye retina ya kuhisi mwanga, ambayo ina mkusanyiko wake mkubwa wa receptors katika fovea na doa kipofu juu ya ujasiri wa optic. Nguvu ya lens ya jicho inarekebishwa ili kutoa picha kwenye retina kwa umbali tofauti wa kitu. Vipande vya tishu na fahirisi tofauti za kukataa katika lens zinaonyeshwa hapa. Hata hivyo, wameondolewa kutoka picha nyingine kwa uwazi.

Fahirisi za refractive ni muhimu kwa malezi ya picha kwa kutumia lenses. Jedwali linaonyesha fahirisi za refractive zinazofaa kwa jicho. Mabadiliko makubwa katika index ya refractive, na kupigwa kwa mionzi, hutokea kwenye kamba badala ya lens. Mchoro wa ray katika Mchoro wa 2 unaonyesha malezi ya picha na kamba na lens ya jicho. Mionzi ya bend kulingana na fahirisi za refractive zinazotolewa katika meza. Kornea hutoa karibu theluthi mbili ya nguvu ya jicho, kutokana na ukweli kwamba kasi ya mwanga hubadilika sana wakati wa kusafiri kutoka hewa kwenda kwenye kamba. Lens hutoa nguvu iliyobaki inahitajika kuzalisha picha kwenye retina. Kornea na lenzi zinaweza kutibiwa kama lens moja nyembamba, ingawa mionzi ya mwanga hupitia tabaka kadhaa za nyenzo (kama vile konea, ucheshi wa maji, tabaka kadhaa katika lenzi, na ucheshi wa vitreous), kubadilisha mwelekeo katika kila kiolesura. Picha iliyoundwa ni sawa na ile iliyozalishwa na lens moja ya convex. Hii ni kesi 1 picha. Picha zilizoundwa katika jicho zimeingizwa lakini ubongo huzibadilisha mara moja tena ili kuzifanya zionekane sawa.

Material	Ripoti ya kukataa
Maji	1.33
Air	1.0
Comea	1.38
Ucheshi wenye maji	1.34
Lens	1.41 wastani (inatofautiana katika lens, kubwa katikati)
Vitreous ucheshi	1.34

Fahirisi za refractive zinazohusiana na Jicho

Mchoro wa Ray katika picha unaonyesha muundo wa ndani wa jicho na mti unaochukuliwa kama kitu. Picha iliyoingizwa ya mti hutengenezwa kwenye retina na mionzi ya mwanga inayotoka juu na chini ya mti; kugeuka zaidi kwenye kamba na juu ya kuingia na kuondokana na lens. Mionzi inayotoka juu ya mti imeandikwa moja, mbili, wakati mionzi ya chini imeandikwa tatu, nne. Picha iliyoingizwa ya mti inaonyesha mionzi iliyoandikwa tatu, nne juu na moja, mbili chini. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Picha hutengenezwa kwenye retina na mionzi ya mwanga inayobadilika zaidi kwenye kamba na juu ya kuingia na kuondokana na lens. Rays kutoka juu na chini ya kitu ni kufuatiliwa na kuzalisha inverted picha halisi juu ya retina. Umbali wa kitu hutolewa ndogo kuliko kiwango.

Kama ilivyoelezwa, picha inapaswa kuanguka kwa usahihi kwenye retina ili kuzalisha maono wazi — yaani, umbali wa picha\(d_{i}\) lazima iwe sawa na umbali wa lens-to-retina. Kwa sababu umbali wa lens-to-retina haubadilika, umbali wa picha\(d_{i}\) lazima uwe sawa kwa vitu katika umbali wote. Jicho linasimamia hili kwa kutofautiana nguvu (na urefu wa msingi) wa lens ili kuzingatia vitu kwa umbali tofauti. Mchakato wa kurekebisha urefu wa jicho huitwa malazi. Mtu mwenye maono ya kawaida (bora) anaweza kuona vitu wazi kwa umbali kutoka cm 25 hadi kwa kiasi kikubwa. Hata hivyo, ingawa karibu (umbali mfupi ambapo lengo kali linaweza kupatikana) huongezeka kwa umri (kuwa mita kwa watu wengine wakubwa), tutazingatia kuwa ni cm 25 katika matibabu yetu hapa.

Kielelezo 3 kinaonyesha malazi ya jicho kwa maono ya mbali na ya karibu. Kwa kuwa mionzi ya mwanga kutoka kwa kitu kilicho karibu inaweza kugeuka na bado kuingia jicho, lens lazima iwe zaidi ya kugeuka (nguvu zaidi) kwa maono ya karibu kuliko kwa maono ya mbali. Ili kugeuka zaidi, lens inafanywa kwa kasi na hatua ya misuli ya ciliary inayozunguka. Jicho linastahili zaidi wakati wa kutazama vitu vya mbali, sababu moja kwamba microscopes na darubini zimeundwa kuzalisha picha za mbali. Maono ya vitu mbali sana inaitwa kabisa walishirikiana, wakati maono ya karibu inaitwa kushughulikiwa, na maono ya karibu kuwa kikamilifu kushughulikiwa.

Maoni mawili ya msalaba wa anatomy ya jicho yanaonyeshwa. Katika sehemu ya takwimu, mionzi inayofanana kutoka kwa kitu cha mbali huingia jicho na inageuka kwenye retina ili kuzalisha picha iliyoingizwa ya mti iliyoonyeshwa hapo juu ya mhimili wa kanuni. Lens ya ndani ya jicho ni walishirikiana na angalau mviringo, kutokana na P ndogo. Umbali wa picha d i ni sawa na sentimita mbili, ambayo ni kipimo cha umbali kutoka lens hadi retina. Umbali wa kitu d o hutolewa kama kubwa sana. Katika sehemu ya b ya takwimu, mionzi kutoka kifungo, ambayo ni kitu kilicho karibu, huonyeshwa kugeuka wanapoingia jicho. Lens ya ndani ya jicho, P kubwa, hujiunga na mionzi ili kuunda picha kwenye retina, chini ya mhimili wa kanuni. Umbali wa picha d i ni sawa na sentimita mbili, ambayo ni kipimo cha umbali kutoka lens hadi retina. Umbali wa kitu d o hutolewa kama ndogo sana. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Walishirikiana na kushughulikiwa maono kwa vitu mbali na karibu. (a) Mwanga rays kutoka hatua moja juu ya kitu mbali lazima karibu sambamba wakati kuingia jicho na kwa urahisi zaidi hujiunga na kuzalisha picha kwenye retina. (b) Mionzi ya mwanga kutoka kwa kitu kilicho karibu inaweza kutofautiana zaidi na bado kuingia jicho. Lens yenye nguvu zaidi inahitajika ili kuwaunganisha kwenye retina kuliko ikiwa ni sawa.

Tutatumia equations nyembamba lens kuchunguza malezi ya picha na jicho quantitatively. Kwanza, kumbuka nguvu ya Lens ni kutolewa kama\(p = 1/f\), hivyo sisi kuandika upya nyembamba lenzi equations kama\[P = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}} \label{26.2.1}\] na\[\frac{h_{i}}{h_{o}} = -\frac{d_{i}}{d_{o}} = m \label{26.2.2}.\] Sisi kuelewa kwamba\(d_{i}\) lazima sawa umbali lens-to-retina kupata maono ya wazi, na kwamba maono ya kawaida inawezekana kwa vitu katika umbali\(d_{o} = 25 cm\) wa infinity.

JARIBIO LA NYUMBANI: MWANAFUNZI

Angalia eneo la uwazi la jicho la mtu, mwanafunzi, katika mwanga wa kawaida wa chumba. Tathmini kipenyo cha mwanafunzi. Sasa kuzima taa na kuacha chumba. Baada ya dakika chache tembea taa na ukadiria mara moja kipenyo cha mwanafunzi. Ni nini kinachotokea kwa mwanafunzi kama jicho linapobadilisha kwenye mwanga wa chumba? Eleza uchunguzi wako.

Jicho linaweza kuchunguza kiasi cha kushangaza cha undani, kwa kuzingatia jinsi picha ndogo iko kwenye retina. Ili kupata wazo la jinsi picha ndogo inaweza kuwa, fikiria mfano unaofuata.

Mfano\(\PageIndex{1}\):Size of Image on Retina

Je! Ni ukubwa gani wa picha kwenye retina ya kipenyo cha\(1.20 \times 10^{-2}\) cm nywele za binadamu, uliofanyika kwa urefu wa mkono (60.0 cm) mbali? Chukua umbali wa lens-to-retina kuwa 2.00 cm.

Mkakati:

Tunataka kupata urefu wa picha\(h_{i}\), kutokana na urefu wa kitu ni\(h_{o} = 1.20 \times 10^{-2}\) cm. Tunajua pia kwamba kitu ni 60.0 cm mbali, ili\(d_{o} = 60.0 cm\). Kwa maono wazi, umbali wa picha lazima uwe sawa na umbali wa lens-to-retina, na hivyo\(d_{i} = 2.00 cm\). Equation\(\frac{h_{i}}{h_{o}} = - \frac{d_{i}}{d_{o}} = m\) inaweza kutumika kupata\(h_{i}\) na habari inayojulikana.

Suluhisho

Variable tu haijulikani katika equation\(\frac{h_{i}}{h_{o}} = -\frac{d_{i}}{d_{o}} = m\) ni\(h_{i}\):\[\frac{h_{i}}{h_{o}} = -\frac{d_{i}}{d_{o}}.\] Kuandaa upya kujitenga\(h_{i}\) mavuno\[h_{i} = -h_{o} \cdot \frac{d_{i}}{d_{o}}. \label{26.2.3}\] Kubadilisha maadili inayojulikana anatoa\[h_{i} = - \left( 1.20 \times 10^{-2} cm \right) \frac{2.00 cm}{60.0 cm}\]\[= -4.00 \times 10^{-4} cm.\]

Majadiliano:

Picha hii ndogo sana sio ndogo zaidi inayoonekana - yaani, kikomo cha kutoona kwa macho ni ndogo zaidi kuliko hii. Vikwazo juu ya acuity Visual yanahusiana na mali ya wimbi la mwanga na itajadiliwa katika sura inayofuata. Baadhi ya upeo pia ni kutokana na anatomy ya asili ya jicho na usindikaji ambayo hutokea katika ubongo wetu.

Mfano\(\PageIndex{2}\):Power Range of the Eye

Tumia nguvu ya jicho wakati wa kutazama vitu kwenye umbali mkubwa na mdogo iwezekanavyo na maono ya kawaida, kuchukua umbali wa lens-to-retina wa 2.00 cm (thamani ya kawaida).

Mkakati:

Kwa maono wazi, picha lazima iwe kwenye retina, na hivyo\(d_{i} = 2.00 cm\) hapa. Kwa maono ya mbali,\(d_{o} \approx \infty\), na kwa maono ya karibu,\(d_{o} = 25.0 cm\), kama ilivyojadiliwa mapema. equation\(P = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}}\) kama ilivyoandikwa hapo juu, inaweza kutumika moja kwa moja kutatua kwa\(P\) katika kesi zote mbili, tangu tunajua\(d_{i}\) na\(d_{o}\). Nguvu ina vitengo vya diopters\(1 D = 1/m\), wapi, na hivyo tunapaswa kuelezea umbali wote kwa mita.

Suluhisho

Kwa maono ya mbali,\[P = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}} = \frac{1}{\infty} + \frac{1}{0.0200m}.\] Tangu\(1/ \infty = 0\), hii inatoa\[P = 0 + 50.0/m = 50.0 D \left(distant~vision\right).\] Sasa, kwa maono ya karibu,\[P = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}} = \frac{1}{0.250 m} + \frac{1}{0.0200 m}\]\[= \frac{4.00}{m} + \frac{50.0}{m} = 4.00D + 50.0 D\]\[= 54.0 D \left( close~vision \right)l\]

Majadiliano:

Kwa jicho na umbali huu wa kawaida wa 2.00 cm lens-to-retina, nguvu ya jicho ni kati ya 50.0 D (kwa maono ya mbali kabisa walishirikiana) hadi 54.0 D (kwa maono karibu kabisa kushughulikiwa), ambayo ni ongezeko la 8%. Ongezeko hili la nguvu kwa maono ya karibu ni sawa na majadiliano yaliyotangulia na kufuatilia ray katika Kielelezo 3. Uwezo wa 8% wa kumiliki unachukuliwa kuwa wa kawaida lakini ni kawaida kwa watu ambao wana umri wa miaka 40. Watu wadogo wana uwezo mkubwa wa malazi, wakati watu wakubwa hupoteza uwezo wa kukaa. Wakati optometrist anafafanua malazi kama tatizo kwa wazee, kuna uwezekano mkubwa kutokana na ugumu wa lens. Lens ya jicho inabadilika na umri kwa njia ambazo huwa na kuhifadhi uwezo wa kuona vitu vya mbali wazi lakini haziruhusu jicho kubeba kwa maono ya karibu, hali inayoitwa presbyopia (literally, jicho mzee). Ili kurekebisha kasoro hii ya maono, tunaweka lens inayobadilika, yenye nguvu nzuri mbele ya jicho, kama vile hupatikana katika glasi za kusoma. Miwani ya kawaida ya kusoma hupimwa kwa nguvu zao katika diopters, kwa kawaida kuanzia 1.0 hadi 3.5 D.

Muhtasari

Uundaji wa picha na jicho unaelezewa kwa kutosha na usawa wa lens nyembamba:\[P = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}} and \frac{h_{i}}{h_{o}} = -\frac{d_{i}}{d_{o}} = m.\]
Jicho hutoa picha halisi kwenye retina kwa kurekebisha urefu wake na nguvu katika mchakato unaoitwa malazi.
Kwa maono ya karibu, jicho linashughulikiwa kikamilifu na lina nguvu zake kubwa, ambapo kwa maono ya mbali, ni kabisa walishirikiana na ina nguvu zake ndogo.
Kupoteza uwezo wa kukaa na umri huitwa presbyopia, ambayo inarekebishwa na matumizi ya lens inayobadilika ili kuongeza nguvu kwa maono ya karibu.

faharasa

malazi: uwezo wa jicho kurekebisha urefu wake focal inajulikana kama malazi

presbyopia: hali ambayo lens ya jicho inakuwa kuendelea kushindwa kuzingatia vitu karibu na mtazamaji