МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Физиология человека:
Физиология
Физиология клетки
Физиология эндокринной системы
Физиология пищеварительной системы
Физиология клеток крови
Физиология обмена веществ, питания
Физиология почек, КЩС, солевого обмена
Физиология репродуктивной функции
Физиология органов чувств
Физиология нервной системы
Физиология иммунной системы
Физиология кровообращения
Физиология дыхания
Физиология водолазов, дайверов
Видео по физиологии
Книги по физиологии
Форум
 

Физиология зрения. Преломление света

Чтобы понять оптическую систему глаза, нужно хорошо знать основные законы оптики, включая физику преломления света, фокусировки, глубины фокуса и прочее. В статьях по физиологии на сайте представлен краткий обзор этих физических принципов и изложена оптика глаза.

а) Преломление света. Индекс преломления прозрачного материала. Скорость распространения световых лучей в воздухе составляет приблизительно 300000 км/сек, но сквозь прозрачные твердые частицы и жидкости световые лучи проходят гораздо медленнее. Индекс преломления прозрачного материала рассчитывается как отношение скорости света в воздухе к скорости его распространения в веществе. Индекс преломления воздуха — 1,00. Таким образом, если свет проходит через особый тип стекла со скоростью 200000 км/сек, индекс преломления этого стекла равен частному от деления 300000 на 200000, или 1,50.

Физиология зрения. Преломление света
Световые лучи, входящие в стеклянную поверхность, перпендикулярную пучку света (А) и расположенную под углом к нему (Б).
Рисунок демонстрирует, что расстояние между волнами после их вхождения в стекло укорачивается примерно на 1/3 по сравнению с этим расстоянием в воздухе.
Видно также, что при прохождении сквозь стеклянную поверхность, расположенную под углом, световые лучи отклоняются

б) Преломление световых лучей на границе раздела между двумя средами с различными индексами преломления. Когда направленный пучок света (рисунок А выше) встречается с расположенной перпендикулярно к нему поверхностью раздела двух сред, световые лучи входят во вторую среду, не отклоняясь от своего курса. Происходит лишь уменьшение скорости передачи и укорочение длины волны, что на рисунке обозначено более короткими расстояниями между фронтами волн.

Когда световые лучи проходят через поверхность раздела двух сред, расположенную под углом к их ходу (рисунок Б выше), лучи отклоняются, если индексы преломления этих сред различны. На рисунке световые лучи из воздуха (индекс преломления равен 1,00) входят в стеклянный блок с индексом преломления 1,50. При столкновении пучка света с расположенной под углом поверхностью раздела лучи нижней части пучка входят в стекло раньше лучей верхней его части. Фронт волны в верхней части пучка продолжает распространяться со скоростью 300000 км/сек, в то время как в нижней его части, уже вошедшей в стекло, скорость распространения фронта составляет 200000 км/сек. В результате свет в верхней части пучка движется быстрее, чем в нижней части, что ведет к отклонению фронта волны под углом вправо от вертикального положения. Поскольку свет всегда движется в направлении, перпендикулярном плоскости фронта волны, в этом случае направление движения светового пучка отклоняется вниз.

Это отклонение световых лучей на расположенной под углом поверхности раздела называют преломлением. Обратите внимание, что степень преломления возрастает, как функция:

(1) отношения индексов преломления двух прозрачных сред;

(2) уровня углового отклонения поверхности раздела по отношению к плоскости входящего в нее фронта волны.

Физиология зрения. Преломление света
Отклонение лучей света на каждой поверхности выпуклой сферической линзы, демонстрирующее, что параллельные световые лучи собираются в точке фокуса

б) Применение принципов преломления к линзам. Выпуклая линза фокусирует световые лучи. На рисунке выше показаны параллельные световые лучи, входящие в выпуклую линзу. В центре линзы световые лучи проходят сквозь нее перпендикулярно к ее поверхности, и, следовательно, здесь лучи не преломляются. Однако по направлению к любому краю линзы световые лучи сталкиваются с ее поверхностью под большим углом. Внешние лучи в пучке света сходятся все больше к центру; это явление называют конвергенцией лучей. Половина отклонений происходит при входе лучей в линзу, а другая — при выходе их с противоположной стороны линзы. (Следует подумать, почему лучи отклоняются к центру при выходе из линзы.) Если кривизна линзы идеальная, параллельные световые лучи, проходящие через любую ее часть, будут фокусироваться достаточно точно, в результате все лучи пройдут через единую точку, которую называют точкой фокуса.

в) Вогнутая линза ведет к расхождению (дивергенции) световых лучей. На рисунке ниже показано влияние вогнутой линзы на параллельные световые лучи. В центре линзы граница раздела перпендикулярна пучку света, поэтому световые лучи проходят здесь без преломления. Лучи, приходящие к краю линзы, входят в нее раньше, чем центральные. Это ведет к расхождению (дивергенции) периферических световых лучей от лучей, проходящих через центр линзы. Таким образом, вогнутая линза ведет к расхождению световых лучей, а выпуклая линза способствует их схождению.

Физиология зрения. Преломление света
Отклонение лучей света на каждой поверхности вогнутой сферической линзы, демонарирующее, что параллельные световые лучи расходятся
Физиология зрения. Преломление света
А. Выпуклая сферическая линза собирает параллельные световые лучи в точке фокуса.
Б. Выпуклая цилиндрическая линза собирает параллельные световые лучи на линии фокуса

г) Цилиндрические линзы отклоняют лучи света только в одной плоскости. Сравнение со сферическими линзами. На рисунке выше показаны две выпуклые линзы: сферическая и цилиндрическая. Цилиндрическая линза отклоняет световые лучи с обеих ее сторон, но лучи, проходящие через вершину или основание линзы, не отклоняются. Это значит, что отклонение происходит в одной плоскости, но не в другой. Таким образом, параллельные световые лучи отклоняются к линии фокуса. Наоборот, световые лучи, проходящие через сферическую линзу, преломляются на всех краях линзы (в обеих плоскостях) по направлению к центральному лучу, и все лучи попадают в точку фокуса.

Хорошим примером цилиндрической линзы может служить пробирка, заполненная водой. Если такую пробирку поместить в луч солнечного света и постепенно приближать кусочек бумаги к противоположной стороне пробирки, на определенном расстоянии можно увидеть схождение световых лучей на линии фокуса. Сферическую линзу демонстрирует обычная лупа. При помещении такой линзы в пучок солнечного света и постепенном приближении к ней кусочка бумаги на определенном расстоянии световые лучи сойдутся в общей фокусной точке.

Вогнутые цилиндрические линзы способствуют расхождению (дивергенции) световых лучей только в одной плоскости, а выпуклые цилиндрические линзы обеспечивают схождение (конвергенцию) световых лучей в одной плоскости.

Физиология зрения. Преломление света
А. Фокусирование света от точечного источника цилиндрической линзой на линии фокуса.
Б. Две выпуклые цилиндрические линзы, расположенные под прямым углом друг к другу; одна линза собирает световые лучи в одной плоскости, а другая собирает их в плоскости, расположенной под прямым углом. Обе линзы вместе дают такой же точечный фокус, как и одна выпуклая сферическая линза

д) Комбинация двух цилиндрических линз, размещенных под прямым углом, соответствует сферической линзе. На рисунке Б выше показаны две выпуклые цилиндрические линзы, расположенные под прямым углом друг к другу. Вертикальная линза собирает световые лучи, проходящие через обе ее стороны, а горизонтальная линза собирает лучи у верхушки и основания. Таким образом, все световые лучи сходятся в единой фокусной точке. Другими словами, две цилиндрические линзы, расположенные под прямым углом друг к другу, выполняют ту же функцию, что и одна сферическая линза той же преломляющей силы.

Видео физиология зрительного анализатора - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Фокус линзы. Преломляющая сила - диоптрия"

Оглавление темы "Причины боли. Физиология зрения":
1. Боль при опоясывающем лишае. Боль при невралгии тройничного нерва
2. Боль при синдроме Броун-Секара. Головная боль
3. Типы внутричерепной головной боли. Головная боль при запоре
4. Внечерепные типы головной боли. Температурные рецепторы
5. Стимуляция температурных рецепторов. Адаптация температурных рецепторов
6. Физиология зрения. Преломление света
7. Фокус линзы. Преломляющая сила - диоптрия
8. Оптика глаза. Редуцированный глаз
9. Пресбиопия. Зрачок - диаметр зрачка
10. Нормальное зрение - эмметропия. Дальнозоркость и близорукость
Медунивер - поиск Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Мы в Instagram Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.