Оптические опыты с глазом

23

Оптические опыты с глазом

Экспериментальное исследование

После проведения моделиных опытов и их тщательного анализа (см. «Квант» № 3, с. 19) можно присутствить к экспериментам непосредственно с глазом.

1. Зажигите настольную лампу с матовым колпаком (или какой-нибудь другой протяженный и довольно резко очерченный источник света) и поставьте ее на расстоянии около метра от себя. Перед глазом расположите небольшие плоское зерко-label так, чтобы оно не перекрывал прямых лучей, падающих от лампы на глаз. В зеркале вы увидите изображение лампы на зрачке глаза.

Ясно, что это изображение создано отраженными от глаза лучами. Но почему оно одно? Ведь моделиные опыты показали, что должно быть четые изображения!

Сравним между собой ярости всех возможных изображений. Для этого в формулу для коэффициента отражения света $k$ подставим конкретиные значения показателей преломления роговиццы, водяностой жидкости, хрусталика и стекловидного тела. Получим, что от передней поверхности роговиццы отражается 2,5%, от задней поверхности роговиццы — 0,02%, а от передней и задней поверхности хрусталика — по 0,03% падающего на глаз светового потока. Это означает, что ярость первого изображения приблизительно в сто раз больше ярко-сти остальных изображений. Вот почему в опытно только одно изображение — полученное от передней поверхности света от передней поверхности роговиццы.

Вплотную к глазу приставьте линейку (как показано на рисунке 1) и вместе с линейкой и зеркалом приближайте к лампе (или удаляйте от нее) до тех пор, пока ширина $l_1$ изображения лампы не станет равной, например, 1 мм. Измерьте расстояние $d$ между глазом и лампой и поперечный размер $l$ лампы. По формуле для увеличения предмета $\Gamma = \frac{l_1}{l} = \frac{R}{2d}$ вычислите радиус кивизны $R$ передней поверхности роговиццы.

В одном из наших опытов изменения длины следующего: $l = 120$ мм, $l_1 = 1$ мм, $d = 450$ мм; отсюда радиус кивизны

$$R = \frac{2dl_1}{l} = 7,5$$ мм.

2. В затемненной комнате на расстоянии около polymета от себя посадите партнера и попросите его, не отрываясь, смотреть, например левым глазом, на какой-нибудь предмет, находящейся на расстоянии нескольких метров за вами. Сбоку от его глаза на расстоянии 10—20 см поместите лампочку для карманного фонаря и зажигите ее. Своим правым глазом вы сразу увидите маленькое довольно яркое изображение ниги лампочки на зрачке глаза партнера.

Рис. 1.

24

Рис. 2.

Перемещайте лампочку вверх и вниз, вправо и влево (при этом ваш партнер должен непрерывно смотрить на удаленный предмет, а не водить глазами вслед за лампочкой). При внимательном наблюдении вы заметите в зрачке еще два, правда гораздо более слабых, изображения: большие и меньше по сравнению с первым.

На рисунке 2 схематически изображены зрачки глаза и все три изображения нити лампочки: первые два — прямые, а третье — перевернутое.

Обратите внимание, что при движении лампочки второе изображение перемещается в том же направлении, что и первое, а третье — в противоположном направлении.

Сопоставьте результат этого опыта с результатами модельных экспериментов. Очевидно, что первое — прямое и самое яркое — изображение создается передней поверхности роговицы (как и в предыдущем опыте). Гретье изображение (перевернуть) может быть создано только во нутым зерком, то есть задней поверхности хрусталика. Второе изображение (прямое, как и первое) создается либо задней поверхности роговицы, либо передней поверхности хрусталика. Чем же именно?

Как мы уже говорили, на самом деле в глаза должны быть четые изображения, а в опыте наблюдются только три. Почему? Оказывается, все дело в том, что роговица очень тонка и задняя ее поверхности имеет практические такую же кривизну, как передняя. Следовательно, изображения, создавемые обеими поверхностями, должны находиться очень близко друг от друга. Поскольку яркость изображения, создаваемого передней поверхности роговицы, гораздо больше яркости изображения, полученного от ее задней поверхности, увидеть последнее изображение на фоне первого практического необходимости. Точные изменения показали, что для среднего глаза толщина роговицы составляет 0,5 мм, а радиусы кривизны ее передней и задней поверхности — 7,7 мм и 6,8 мм соответственно. (Сравните первое значение радиуса кривизны с тем, которое вы получили в опыте 1.)

Таким образом, второе изображение нити лампочки (см. рис. 2) обусловлено отражением света от передней поверхности хрусталика. Но от сюда и из того, что третье изображение получается при отражении света от задней поверхности хрусталика, следует, что хрустлик действительно существует!

3. Для проведения следующего опыта нужно предварительно подготовка. На расстоянии 20—30 см от глаза партнера поставьте небольшой предмет (например, белый буражный диск диаметром около 1 см, закрепленный пластином на конце карандаша). Попросите партнера посмотреть сначала на удаленный предмет, затем — на близкий предмет, а сами наблюдайте за его глазом. Если зрачки глаза и оба предмета находятся на одной прямой, при аккомодации глаза партнера сам глаз будет оставаться неподвижным. Постраайтеесь добиться этого, иначе эксперимент оказывается неубедительным.

На деревянной палочке (или карандаше) резиновыми колечками закрепите две лампочки для карманного фонаря на расстоянии 5—10 см друг от друга. Лампочки будут обозначать концы предмета, изображения которого вы будете наблюдать при отражении света от глаза партнера.

Попросите партнера смотрить на удаленный предмет. Перемещая горящие лампочки сбоку от глаза партнера, получите в его зрачке три изображения лампочки. На фотофини, приведенной на рисунке 3, изображены сами лампочки и их изображения, создаваемые роговицы глаза (остальные изображения сфотографировать не удалось, потому

25

му что они слищом слабые). На рисунке 4, а схематически показаны все три изображения лампочек в зрачке.

Теперь попросите партнера посмотреть исследуемым глазом на близкий предмет. Вы увидите, что вторые изображения лампочек, созданные передней поверхности хрусталика, оказываются значительно близке друг к другу (рис. 4, 6). Первые изображения, полученные от передней поверхности роговицы, останутся практическими на том же расстоянии друг от друга, а третьи изображения, созданные задней поверхности хрусталика, слегка уменьшается изображение, созданное передней поверхности хрусталика, слегка уменьшается изображение, созданное передней поверхности роговицы. Отсюда можно сделать вывод: акомодация глаз на более близкое расстояние происходит, в основном, за счет уменьшение

Рис. 3.

Рис. 4.

ния радиуса кривизны передней поверхности хрусталика.

Таким образом, не видя самого хрусталика, вы не только доказали, что он существует, но и выяснили, как он действует.

Аналіз полученных результатов

Подведем итоги. Что же можно доказать, продолжав указанные эксперименты? Во-первых, что в глаза действиялено есть хрусталик. Вовторых, что роговица глаза очень тонкая и кривизна ее обиховистей практических одна и та же. В-третьих, что показатели преломления водяностой жидкости и стекловидного тела очень мало отличия от показателей преломления роговицы и хрусталика. В-четверых, что акомодация глаз обусловлена изменением кривизны поверхности хрусталика.

Заключение

Obviously in zaklочении выполняют то, что обещано во введении. Мы не хотим нарушать результаты.

Сядьте так, чтобы настояная lamпа находилась за вам, точнее — немного в стороне, на расстоянии 1,5—2 м от вашей головы. Перед собой на расстоянии около polymера посадите вашого терпельного партнера. Дайте ему в руку кусок старого зеркала, у которого сдали удален слой защитыной краски и середина с участка диаметром 5—7 мм. Попробите партнера смотрить в ваш глаз через отверстие в зеркальном слое и поворачивать зеркало до тех пор, пока на ваш глаз не попадет отраженный зеркалом свет лампы (вы без труда сумете это зафиксировать). Именно в этот момент партнер и увидит, что сразу вашого глаз светится… красным светом!