Страница 223 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. Почему близоруким людям нужны очки с рассеивающими линзами, а дальнозорким — с собирающими?

Чтобы понять, почему для коррекции близорукости и дальнозоркости нужны разные типы линз, нужно сначала рассмотреть, как работает глаз с нормальным зрением. Оптическая система здорового глаза (роговица и хрусталик) функционирует как собирающая линза, которая фокусирует лучи света от рассматриваемых объектов точно на сетчатке, где формируется чёткое изображение. Нарушения этого процесса приводят к дефектам зрения.

Почему близоруким людям нужны очки с рассеивающими линзами

Близорукость (миопия) — это дефект зрения, при котором человек хорошо видит объекты вблизи, но расплывчато — объекты вдали. Это происходит потому, что оптическая система глаза слишком сильная, или глазное яблоко имеет удлиненную форму. В результате параллельные лучи света от удалённых объектов сходятся в фокусе не на сетчатке, а перед ней. На сетчатку же попадает уже расходящийся пучок света, создавая размытое изображение.

Чтобы исправить это, необходимо ослабить общую оптическую силу системы "очки + глаз". Эту задачу выполняют рассеивающие (вогнутые) линзы. Они имеют отрицательную оптическую силу ($D < 0$). Рассеивающая линза перед глазом делает параллельные лучи от удаленного объекта слегка расходящимися. Это как бы создает мнимое изображение объекта ближе к глазу. В результате оптическая система глаза фокусирует эти уже расходящиеся лучи дальше, чем параллельные, и изображение попадает точно на сетчатку.

Ответ: Близоруким людям нужны очки с рассеивающими линзами, потому что оптическая система их глаза слишком сильно преломляет свет, и изображение удалённых объектов фокусируется перед сетчаткой. Рассеивающая линза ослабляет преломление, смещая фокус назад, на сетчатку, и делая изображение чётким.

Почему дальнозорким людям нужны очки с собирающими линзами

Дальнозоркость (гиперметропия) — это дефект зрения, при котором человеку трудно сфокусироваться на близких объектах, а при высоких степенях — и на удалённых. Это происходит из-за того, что оптическая система глаза слишком слабая, или глазное яблоко слишком короткое. В результате лучи света от объектов (особенно близких, которые требуют более сильного преломления) фокусируются в точке, расположенной за сетчаткой.

Для коррекции дальнозоркости необходимо усилить преломляющую способность оптической системы. С этой задачей справляются собирающие (выпуклые) линзы. Они имеют положительную оптическую силу ($D > 0$). Собирающая линза предварительно сближает лучи света ещё до того, как они попадут в глаз, добавляя оптической силы. Это помогает ослабленной оптической системе глаза сфокусировать лучи на сетчатке, а не за ней.

Ответ: Дальнозорким людям нужны очки с собирающими линзами, потому что их оптическая система глаза недостаточно сильно преломляет свет, и изображение близких объектов фокусируется за сетчаткой. Собирающая линза усиливает преломление, смещая фокус вперёд, на сетчатку, что позволяет видеть объекты чётко.

6. Какое преимущество даёт зрение двумя глазами?

Зрение двумя глазами, или бинокулярное зрение, предоставляет человеку и многим другим животным несколько существенных преимуществ по сравнению со зрением одним глазом (монокулярным).

Стереоскопическое (объемное) зрение

Это основное и самое важное преимущество. Поскольку глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга (около 6-7 см у человека), каждый из них видит мир под немного разным углом. Мозг получает два слегка отличающихся изображения и анализирует эту разницу (бинокулярный диспаритет), чтобы объединить их в единую трехмерную картину. Этот процесс, называемый стереопсисом, позволяет нам воспринимать глубину пространства, точно оценивать расстояние до объектов, их относительное положение и объем. Именно благодаря стереоскопическому зрению мы можем легко налить воду в стакан, поймать летящий мяч или уверенно спускаться по лестнице.

Расширенное поле зрения

Два глаза обеспечивают более широкое поле обзора, чем один. Поле зрения каждого глаза составляет примерно 150-160 градусов по горизонтали. Когда они работают вместе, их поля зрения частично перекрываются в центре (примерно на 120 градусов), создавая зону бинокулярного видения. Однако по бокам остаются монокулярные зоны, видимые только левым или правым глазом. В результате общее горизонтальное поле зрения достигает 180-190 градусов. Это расширяет периферическое зрение, что крайне важно для ориентации в пространстве и своевременного обнаружения потенциальных опасностей, например, при вождении автомобиля.

Бинокулярная суммация и улучшение качества зрения

Мозг, получая два сигнала вместо одного, может обрабатывать визуальную информацию более эффективно. Это явление называется бинокулярной суммацией. Оно приводит к тому, что: • повышается острота зрения (мы видим более четко);

• улучшается контрастная чувствительность (легче различать объекты на фоне, особенно при плохом освещении);

• снижается влияние "шумов" и искажений, так как мозг может сравнить два изображения и отфильтровать случайные дефекты. В итоге общее качество восприятия становится выше, чем для каждого глаза по отдельности.

Надежность и резервирование

Наличие второго глаза — это естественный механизм "резервного копирования". В случае травмы или болезни, которая приводит к потере зрения на одном глазу, второй глаз позволяет человеку сохранить зрительную функцию. Хотя при этом теряется стереоскопический эффект, возможность видеть и ориентироваться в пространстве сохраняется, что является критически важным для выживания и повседневной жизни.

Ответ: Зрение двумя глазами дает следующие ключевые преимущества: 1) позволяет видеть мир объемным (стереоскопически) и точно оценивать расстояние до предметов; 2) расширяет общее поле зрения; 3) повышает качество зрения (остроту, контрастность) за счет обработки информации от двух источников; 4) обеспечивает надежность зрительной системы за счет резервирования.

1. Почему нелегко вдеть нитку в иголку, если смотреть одним глазом?

Вдеть нитку в иголку, смотря одним глазом, нелегко из-за отсутствия бинокулярного (или стереоскопического) зрения. Человек обладает двумя глазами, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. Из-за этого каждый глаз видит предмет под немного разным углом и передает в мозг слегка отличающееся изображение. Мозг, обрабатывая и совмещая эти два изображения, создает объемную, трехмерную (3D) картину мира. Эта способность называется стереоскопическим зрением.

Именно благодаря стереоскопическому зрению мы можем точно оценивать расстояние до предметов, их взаимное расположение и воспринимать глубину пространства. Это называется восприятием глубины.

Когда мы закрываем один глаз, мы лишаемся бинокулярного зрения. Мозг получает только одно плоское, двумерное (2D) изображение. В результате теряется способность точно определять расстояние. Мы видим иголку и нитку, но не можем точно сказать, находится ли кончик нитки прямо перед ушком иголки, или немного ближе, или немного дальше. Для успешного выполнения такой точной задачи, как вдевание нитки в игольное ушко, критически важна точная оценка глубины. Из-за ее отсутствия при взгляде одним глазом мы совершаем множество неточных движений и промахиваемся.

Ответ: При взгляде одним глазом теряется бинокулярное (стереоскопическое) зрение, которое отвечает за восприятие глубины пространства. В результате становится очень сложно точно оценить расстояние до игольного ушка и положение кончика нитки относительно него, что и затрудняет вдевание нитки.

2. Два наблюдателя — один близорукий, другой дальнозоркий — рассматривают предмет при помощи одинаковых луп. Какому из наблюдателей приходится помещать предмет ближе к лупе, если расстояние от лупы до глаза у обоих наблюдателей одинаковое?

Решение

Лупа (собирающая линза) используется для получения увеличенного мнимого изображения предмета. Чтобы четко видеть это изображение, наблюдатель должен расположить предмет таким образом, чтобы мнимое изображение оказалось на расстоянии от глаза, не меньшем, чем расстояние его наилучшего зрения (также называемое точкой ближнего видения).

У близорукого человека точка ближнего видения ($d_{близ}$) находится на меньшем расстоянии от глаза, чем у дальнозоркого человека ($d_{дальн}$). Таким образом, справедливо неравенство: $d_{близ} < d_{дальн}$.

Для получения максимального увеличения оба наблюдателя будут настраивать лупу так, чтобы изображение предмета формировалось в их точке ближнего видения.

Пусть $l$ — одинаковое для обоих наблюдателей расстояние от лупы до глаза, а $|f|$ — расстояние от мнимого изображения до лупы. Тогда расстояние от изображения до глаза ($d_{набл}$) связано с этими величинами соотношением: $d_{набл} = |f| + l$. Отсюда $|f| = d_{набл} - l$.

Так как наблюдатели настраивают лупу на свою точку ближнего видения, то:

• Для близорукого наблюдателя: $|f_{близ}| = d_{близ} - l$
• Для дальнозоркого наблюдателя: $|f_{дальн}| = d_{дальн} - l$

Из неравенства $d_{близ} < d_{дальн}$ следует, что $|f_{близ}| < |f_{дальн}|$. Это означает, что мнимое изображение для близорукого человека должно быть расположено ближе к лупе.

Формула тонкой линзы связывает расстояние от предмета до линзы $d$, расстояние от изображения до линзы $f$ и фокусное расстояние $F$. Для мнимого изображения ($f = -|f|$) она имеет вид: $\frac{1}{d} - \frac{1}{|f|} = \frac{1}{F}$.

Выразим из формулы $\frac{1}{d}$: $\frac{1}{d} = \frac{1}{F} + \frac{1}{|f|}$

Из полученного выражения видно, что чем меньше расстояние до изображения $|f|$, тем больше величина $\frac{1}{|f|}$. Поскольку фокусное расстояние лупы $F$ постоянно, то чем больше $\frac{1}{|f|}$, тем больше $\frac{1}{d}$, и, следовательно, тем меньше расстояние $d$ от предмета до лупы.

Поскольку мы установили, что $|f_{близ}| < |f_{дальн}|$, то для соответствующих расстояний до предмета будет выполняться неравенство $d_{близ} < d_{дальн}$.

Ответ: близорукому наблюдателю приходится помещать предмет ближе к лупе.

1. Проверьте зависимость размера зрачка от освещённости. Для этого с помощью зеркала понаблюдайте, что будет происходить со зрачками ваших глаз, если на них направить солнечный зайчик или свет от электрической лампочки.

1. Решение

Для проверки зависимости размера зрачка от освещенности необходимо провести эксперимент, наблюдая за реакцией глаз в зеркале при изменении интенсивности света. Для этого потребуется зеркало и безопасный источник света, например, фонарик или настольная лампа. Важно: нельзя использовать прямой солнечный свет или другие слишком яркие источники, так как это может привести к повреждению сетчатки глаза.

Ход эксперимента и наблюдения:

1. Подойдите к зеркалу в условиях обычного комнатного освещения. Зафиксируйте первоначальный размер ваших зрачков (чёрных центральных отверстий в радужной оболочке).

2. Аккуратно направьте сбоку на один глаз свет от лампы или фонарика. Продолжайте смотреть в зеркало на оба глаза.

3. Вы заметите, что зрачок глаза, на который направлен свет, быстро сужается (его диаметр уменьшается). Это происходит для того, чтобы уменьшить количество света, попадающего на сетчатку.

4. Теперь уберите источник света или зайдите в более тёмное место. Наблюдайте за зрачками снова.

5. Вы увидите, что зрачки начнут постепенно расширяться (их диаметр будет увеличиваться), чтобы уловить больше света в условиях недостаточной освещённости.

Вывод:

Данный эксперимент демонстрирует наличие зрачкового рефлекса — автоматической реакции глаза на изменение освещённости. Размер зрачка находится в обратной зависимости от интенсивности света. При ярком свете зрачок сужается, чтобы защитить глаз, а при слабом освещении — расширяется, чтобы улучшить зрение.

Ответ: При увеличении освещённости размер зрачка уменьшается (зрачок сужается), а при уменьшении освещённости — увеличивается (зрачок расширяется). Таким образом, существует обратная зависимость между размером зрачка и освещённостью.

2. Измерьте расстояние наилучшего зрения для вашего глаза.

Измерьте расстояние наилучшего зрения для вашего глаза.

Расстояние наилучшего зрения — это такое расстояние от глаза до рассматриваемого объекта, при котором глазные мышцы испытывают наименьшее напряжение, а изображение объекта остается четким и ясным. Для выполнения этого практического задания вам понадобится книга или любой другой печатный текст с мелкими буквами, а также линейка или измерительная лента.

Для определения расстояния наилучшего зрения следуйте инструкции:

1. Расположитесь в хорошо освещенном месте. Недостаток света может привести к неверным результатам.
2. Возьмите книгу или лист с текстом.
3. Проводите измерение для каждого глаза по отдельности. Прикройте один глаз ладонью (важно не давить на глазное яблоко).
4. Поднесите текст к открытому глазу очень близко, до тех пор, пока буквы не станут расплывчатыми.
5. Начните медленно отодвигать текст от глаза. Вы заметите, что на определенном расстоянии буквы станут четкими. Это расстояние называется ближней точкой ясного зрения.
6. Продолжайте медленно отодвигать текст еще немного, пока не найдете положение, в котором чтение становится наиболее комфортным, не требующим абсолютно никакого напряжения. Это и будет искомое расстояние наилучшего зрения.
7. Зафиксировав это положение, при помощи линейки аккуратно измерьте расстояние от глаза до текста.
8. Для повышения точности повторите измерение 2-3 раза и, если результаты немного отличаются, найдите их среднее арифметическое значение.
9. Выполните аналогичные действия для второго глаза.

Стоит отметить, что для нормального человеческого глаза условное расстояние наилучшего зрения, обозначаемое как $d_0$, принято считать равным 25 см. Это значение используется в расчетах увеличения оптических приборов, таких как лупа или микроскоп. У людей с близорукостью это расстояние меньше 25 см, а у людей с дальнозоркостью — больше. С возрастом, из-за естественного процесса уплотнения хрусталика (пресбиопия), расстояние наилучшего зрения имеет тенденцию к увеличению.

Ответ: Расстояние наилучшего зрения — это индивидуальная характеристика зрительной системы человека. Его необходимо измерить экспериментально по предложенной методике. В качестве эталонного значения для человека с нормальным зрением принято считать расстояние в 25 см.