Глаз и все, что с н им связано План. 1. Плохое зрение. 2. Строение глаза. 3. Фокусация глаза. 4. Дальняя и ближняя точки. 5. Прессбиоприя. 6. Близорукость. 7. Испытание на близорукость. 8. Геперопия, или дальнозоркость. 9. Астигматизм. 10. Характеристика бинокулярного зрения. 11. Трёхмерное кино и бинокулярное зрение. 12. Способность оценивать расстояние и видеть вбок. 13. Различные способы оценки расстояния. 14. Несогласованное напряжение мускулов. 15. Список литературы. 1. Плохое зрение. Если вообразить, ч то недостаток зрения может, например, превратиться в недостаток ног; тог да более 50% людей будут хромать или даже будут, неспособны, ходить без кост ылей, а некоторые вынуждены будут прибегнуть к коляскам. В современном м ире гораздо больше комфорта и удобств, что облегчает значительную часть нашего каждодневного труда, нас освободили от многих жизненных забот, но сильно увеличилась нагрузку на глаза. Экспериментальные данные показывают, что примерно 95% млад енцев рождается без дефектов глаз с нормальным зрением. Однако по резуль татам табл. 1 видно, очень малый процент в пожилом возрасте остается с хоро шим зрением. На зрение людей возлагается тяжёлая нагрузка. В результате этого мы быстро превращаемся в людей обязательно носящих . Несоотве тствие человеческого зрения в целом – один из самых серьёзных проблем с овременности. Перегрузка глаз заключается в том, что мы “используем гла за не по назначению”, то есть не в тех целях, для которых они первоначально предназначались. Первобытный человек пользовался своими глазами толь ко для того, чтобы смотреть вдаль при ярком солнечном свете – для охоты, р ыбной ловли и для сражений. Когда солнце заходило, обязанности глаз конч ались. Он не работал целый день с предметами, расположенными вблизи глаз и не ходил потом в панорамное кино, не смотрел телевизионные передачи в т ечение нескольких часов и не читал книгу далеко за полночь. В основном многие недостатки глаза возникают в результат е нагрузки на них и условий, при которых глаза выполняют работу, можно зна чительно улучшить их положение. Но это требует научного подхода со сторо ны различных групп людей и каждого человека в отдельности. В наши задачи входит узнать, как устроен глаз, каковы его ф ункции, какие бывают дефекты и какие рабочие условия вызывают перегрузк у. Начнём с изучения самого глаза. Таблица 1 Приближённый процент нормального зрения среди лиц разно го возраста. Возрастная группа. Процент лиц с недостатками зрения. Новорождённые 0,5 Учащиеся средней школы 20 Учащиеся колледжа 40 40 лет 60 95 лет 95 Данные из книги М . Лекиша ( М . Luckiesh, Light, Vision and Seeing, N. Y., 1944) 2. Строение глаза . Часто проводят ана логию между глазом и камерой Обскурой, но как большинство аналогий эта в ерна лишь частично. Глаз – это бесконечно более тонкий и сложный прибор, чем наилучший фотоаппарат, хотя в общем они похожи. В фотоаппарате (рис.1), и меется простая собирательная линза или их система, которая действует на подобие собирательного хрусталика глаза. Чувствительность к свету сет чатой оболочки на задней стороне глаза соответствует чувствительной п лёнке в фотоаппарате; ту и другую получают перевёрнутые, действительные , уменьшенные изображения. Радужная оболочка регулирует количество све та, входящего в глаз, а диафрагма регулирует количество света, допускаем ого в фотоаппарат;. В на ярком свете зрачок имеет размер булавочной голов ки, а в темноте отверстие радужной оболочки может иметь диаметр почти 1см. 3. Фокусация глаз . В один момент норм альный глаз может дать одинаково чёткое изображение отпечатанного тек ста или спидометра автомашины, находящийся всего на расстоянии какого-н ибудь десятка сантиметров от глаз, а в следующую долю секунды он способе н сфокусировать чётко на сетчатой оболочке такой большой удалённый пре дмет как гора. Не обладай мы такой способностью, было бы очень сложно упра влять быстроходными автомобиля и самолётами. Увеличилось бы количеств о несчастных случаев, которых и так много. Существует несколько теоретически возможных способов. Д опусти, рыба фокусирует свой глаз, изменяя расстояние между линзой и сет чатой оболочкой так же, как и фокусируется фотоаппарат с растяжением. Но фокусировка человеческого глаза достигается не таким способом, хруста лик глаза изменяет свою форму, т. е. с увеличением расстояния предмета, при водящим к уменьшению расстояния изображения, мускулы, соединённые с вне шними краями глазного хрусталика, заставляют хрусталик сплющиваться и он становится тоньше. Его фокусное расстояние увеличивается в достаточ ной степени, изображение резко фокусируется на сетчатой оболочке (рис 2.а ). Когда предмет приближается к глазу, чтобы заставить увел ичиться расстояние до изображения, хрусталик становится более выпуклы м и толстым. Его фокусное расстояние при этом уменьшается так, что рассто яние изображения остаётся полным и изображение не сходит с сетчатой обо лочки (рис 2,в). Процесс называется аккомодацией и дает те же самые результ аты, что и фокусировка фотоаппарата. Так как стенки фотоаппарата поглощают любой попавший луч света, его внутренность зачернена. Внутренность глаза так же окружена т ёмной оболочкой, которая поглощает свет. Поверх тёмной имеется твёрдая б елая оболочка глаза, сохраняющая форму глазного яблока. Она защищает гла з от повреждений. Глаз во многом совершеннее фотоаппарата, но не во всем. Н апример, фотоаппарат даёт стационарное изображение предметов во всех п одробностях, между тем как изображение в глазу существует только в течен ие 1/16 сек до появления следующего чёткого изображения. На сетчатой оболоч ке часто одно изображение может перекрываться и заслонять следующее из ображение, отсутствуют некоторые детали. Поэтому два болельщика могут с порить относительно победителя в гонках. Фотоснимки не имеют таких недо статков. При таких обстоятельствах имеют они превосходство перед непос редственным наблюдателем. Остаточное изображение в глазу вызывает размытие картин ы спиц вращающегося колеса, а также создаёт видимость светящегося следа за быстродвижущимся в темноте источником света. На самом деле в кино мы в идим от 16 до 24 неподвижных картин, чередующихся на экране каждую секунду. П осле каждой такой картины и перед следующей экран затемняется обтюрато ром кинопроекционного аппарата, но глаз сохраняет впечатление непреры вного изображения. 4. Дальняя и ближ няя точки. Если смотреть на удалённый предмет, глазные мускулы не на пряжены, хрусталик имеет максимальное фокусное расстояние, и тогда гово рят, что он адаптирован на дальнюю точку. Когда предмет находиться так бл изко к глазу, что хрусталик имеет наименьшее возможное фокусное расстоя ние, то предмет расположен в ближней точке. Определить свою ближнюю точк у можно медленно приближая шрифт (рис 3) к глазу. Испытание проводиться для каждого глаза отдельно. Самое короткое расстояние, при котором ещё не за метно смазывание глаз, и есть ваша ближняя точка. Таблица 2 Приближённое расстояние ближней точки для среднего глаз а в различном возрасте. Возраст Бл. Тч. См Возраст Бл. Тч. См Возраст Б л. Тч. см Возраст Бл. Тч. см 10 лет 6,7 25 лет 12,5 40 лет 22,5 55 лет 50 15 >> 7,5 30 >> 15 45 >> 30 60 >> 100 20 >> 10 35 >> 17,5 50 >> 40 65 >> 200 Вы можете определить вашу ближнюю точку, медленно прибли жая мелкий шрифт рис.3 к глазу. Испытания проводятся для каждого глаза отд ельно. Кратчайшее расстояние, при котором ещё не заметно смазывание букв , и есть ваша ближняя точка. Измерьте это расстояние для каждого глаза и ср авните с тем, что должно быть согласно таблице 2. Рис. 3. Испытание для определения ближней точки при чтении. 5. Прессбиоприя. С возрастом способ ность аккомодации постепенно уменьшается. Это объясняется уменьшением упругости хрусталика и способности глазных мускулов увеличивать крив изну хрусталика. Этот недостаток называется прессбио пией. Когда такой недостаток имеет место, ближняя точка уд аляется от глаза и аккомодационная способность уменьшается. Из таблицы 2 видно, что для лиц 65-летнего возраста ближняя точка находиться на рассто янии 200 см. Каково будет приблизите льно ближайшее расстояние, на котором человек 65 лет может прочесть эту ст раницу без помощи очков? При таком расстоянии ( 200 см) сомнительно, что можно было разобрать слова вследствие слишком малой величены изображения на сетчатой оболочке. Идеального ра сстояния для чтения или другой работы на близком расстоянии не существу ет, но если учесть все факторы, то можно считать, что наилучшим расстояние м является 32 – 37 см. Но если это расс тояние меньше, чем примерно полуторное расстояние ближней точки, то напр яжение, которое требуется мускулам для того, чтобы сфокусировать свет и получить резкое изображение на сетчатой оболочке, настолько велико, что , вероятно, наступит усталость глаза. В возрасте до 35 лет легко соблюдать это правило. После 40 лет ( табл. 2) обычно это трудно сделать. В возрасте 45 лет минимальное расстояние равно 1,5*30=45 см, а это дальше, чем необходимо для предмета, чтобы изображение имело соответствующую величину и было легко видимо. После 40 лет средний хрусталик глаза нуждается в вспомогат ельном приспособлении для собирания света при рассмотрении близких пр едметов. С этой целью перед глазом помещается собирательная линза соотв етствующей оптической силы. Но с такой линзой невозможно видеть удалённ ые предметы. Для того чтобы, исправить этот недостаток, нужно или снять оч ки, или применить бифокальные линзы. У таких линз нижняя часть применяет ся для ближнего зрения, а верхняя – для рассматривания удалённых предме тов. Хотя прессбиопия является, по-видимому, естественным и неустранимым недостатком, оказывается, что более сильное освещение ближних предмето в в значительной степени заменяет очки для чтения. Более сильное освещен ие заставляет сильнее сужаться зрачки. Это создаёт более резкое и чёткое изображение на сетчатой оболочке так же, как и в фотоаппарате, - чем меньш е отверстие диафрагмы, тем резче изображение. 6. Близорукость. В том случае, если р асстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально велико и ли хрусталик настолько закруглён и толст, что его фокусное расстояние не нормально мало, изображение удалённого предмета попадает перед сетчат ой оболочкой (рис. 4). Этот дефект глаза очень распространён и называется близорукостью или мио пией. Близорукость – это такой дефект глаза, который чрез вычайно распространён среди школьников и студентов. Согласно данным сп ециалистов каждые 3 новорождённых из 100 обладают этим дефектом; в начально й школе число близоруких составляет примерно 10 из 100; в средней школе число близоруких достигает 24%, а в колледже – 31%. Среди диких племён, живущих и раб отающих большей частью на открытом воздухе, близорукость почти неизвес тна. Точно также среди фермеров и лиц, работающих на открытом воздухе, оче нь малое количество страдает от близорукости, если только они не приобре ли её в школе или при работе с близкими объектами. Причиной близорукости в большинстве случаев является, по -видимому, то, что в детстве глаз легко деформируется. При работе с близким и предметами глазное яблоко “привыкает” удлиняться на столько, что хрус талик уже теряет способность сплющиваться для фокусирования изображен ия удалённого предмета на сетчатой оболочке без избыточного напряжени я. Сравните длину близорукого глаза на рис. 4 с длиной дальнозоркого на рис . 5. 7. Испытание на б лизорукость. Один из видов пров ерки на миопию делается при помощи таблицы Снеллена. Таблица Снеллена в уменьшенном виде изображена на рис. 5. При нормальном зрении можно читать седьмую строчку хорошо освещённой таблицы стандартных размеров каждым глазом в отдельности с расстоянием в 50 см. Неспособность сделать это не обязательно свидетельствует о близ орукости, так как эта непосредственность может быть вызвана другой прич иной. Но если отрицательная (рассеивающая) сферическая линза улучшает ви димость (при этом нужно начать с линзы малой оптической силы и постепенн о увеличивать силу линзы), то можно предположить наличие близорукости. Близорукость можно исправить, но не вылечить, при помощи о чков. В этом случае применяются рассеивающие сферические линзы (рис. 4.с). Э та линза рассеивает параллельные световые волновые лучи, исходящие от у далённых предметов в достаточной степени для того, чтобы изображение по пало на сетчатую оболочку дальше того места, где оно находилось бы без пр именения очков. 8. Гиперопия, или дальнозоркость. Если расстояние ме жду сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально мало или если хрустал ик ненормально тонок и сплющен, так что фокусное расстояние его ненормал ьно велико, то изображение близких предметов оказывается за сетчатой об олочкой (рис.6). Следовательно, близкие предметы не могут быть видимы без н апряжения глаза. Если вы только дальнозорки и не имеете никаких других нед остатков зрения, то вы легко прочтёте 9-ю строчку таблицы Снеллена, но ваша ближняя точка может оказаться дальше своего нормального положения. Для исправления гиперопии следует уменьшать расстояние изображения для близких предметов. Это требует применения собирательн ой (положительной) линзы соответствующей оптической силы (рис. 6.с). 9. Астигматизм. Обычно поверхност ь роговой оболочки – несколько выступающей передней части глазного яб лока – и поверхность хрусталика являются частями почти идеальной сфер. Однако нередко кривизна одной или обоих этих поверхностей оказывается большей в одной плоскости, чем в какой – либо другой. Этот дефект, в резул ьтате которого получается нечёткое зрение, называется астигматизмом. Астигматизм можно обнаружить при помощи рис.7. Нормальный глаз видит группы линий, изображе нных на рисунке с одинаковой чёткостью на всех расстояниях от глаза. В сл учае, если глаз имеет астигматизм (каждый глаз проверяется отдельно), вер тикальные или горизонтальные линии или некоторые линии между ними кажу тся чёткими и чёрными, а линии, расположенные под прямым углом к ним, кажут ся менее тёмными. Астигматизм может причинить головные боли и создавать ра сплывчатость, в особенности, если читать длительное время подряд. Астигм атизм исправляется цилиндрической линзой вместо сферической, как пока зано на рис. 8. Отметьте, в частности, что направление кривизны линзы очков должно совпадать с соответствующей кривизной глазного хрусталика. Сле довательно, если астигматическая линза меняет своё положение относите льно глаза, необходимо принять меры, чтобы вернуть её на место, так как сов ершенно необходимо, чтобы соответствующие кривизны совпадали. 10. Характеристик а бинокулярного зрения. Если мы смотрим на удалённый предмет, то нормально на одинаковых частях сетчатых оболочек глаза будут получаться одинаковые изображения; два изображения сливаю тся в одно благодаря вмешательству мозга. Это называется бинокулярным зрением. Если изображения фокусируются на несоответствующих дру г другу частях сетчатых оболочек глаза, то мозг неспособен слить эти изо бражения и в результате может получиться двойное изображение. Изображе ния не могут слиться также и в том случае, если они заметно асимметричны и ли одно больше другого. Сначала будет преобладать одно, а затем другое; он и будут конкурировать. Если изображения не размыты, то вскоре изображени е в одном глазу будет не размыто, то вскоре изображение в одном глазу буде т подавлено, так что только одно изображение будет восприниматься мозго м. Фактически один глаз перестаёт функционировать. Если закрыть глаз с п реобладающим изображением или если этот глаз перестанет функционирова ть, то во многих случаях его роль примет второй глаз. В результате оказыва ется, что такой человек нормально видит только одним глазом, но не отдаёт себе отчёт в этом. Косоглазые люди, если не исправить их недостатка, видят только одним глазом. Бинокулярное зрен ие можно иллюстрировать, расположив небольшой кусок картона перпендик улярно к рис. 9 вдоль его средней линии и приложив нос к верхнему ребру кар тона, так что каждый глаз будет видеть только половину всего рисунка. В ре зультате этого вы увидите одно трёхмерное изображение, имеющее не тольк о длину и ширину, но и глубину. Другой хорошей иллюстрацией бинокулярног о зрения являются старинный стереоскоп. Два изображения одного и того же предмета снимаются одновременно двумя фотоаппаратами, расположенными на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга, и готовые фотографи и наклеиваются рядом на куске картона. Этот картон вставляется в стереос коп так, что каждая из фотографий оказывается перед призмой и положитель ной линзой и каждый глаз видит только одну из фотографий. Призмы позволя ют слить два изображения, а положительные линзы несколько увеличивают ф отографии. В результате обе фотографии представляются в виде одного трё хмерного изображения, обладающего глубиной и всеми свойствами натуры. Л евое изображение изображает несколько большую часть левой стороны трё хмерного тела, а правое изображение – несколько большую часть правой ст ороны это создает видимость глубины. Возможно также, что на той или иной ф отографии может получиться несколько большая часть верхней или нижней стороны предмета. Эффект глубины получается при слиянии этих двух слегк а различающихся изображений. 11. Трёхмерное ки но и бинокулярное зрение. Развитием принцип ов бинокулярного зрения и методов стереоскопической фотографии являет ся трёхмерное кино. Вместо одного изображения каждой сцены, как это имее т место в обычной кинематографии, снимаются две фотографии, двумя различ ными камерами, расположенными на расстояние нескольких сантиметров др уг от друга. Обе фотографии проецируются одновременно на экран двумя раз личными проекторами, где проекторы поляризуют свет так, что плоскость по ляризации одного проектора перпендикулярна к плоскости поляризации др угого. Если смотреть на экран через поляроидные очки( рис. 11), то од ин глаз видит одно изображение на экране, а другой – другое. В итоге оба и зображения сливаются в мозгу в одно трехмерное. 12. Способность о ценивать расстояние и видеть вбок. Чтобы иметь успех во многих видах спорта и в других видах деятельности, где требуется боль шая острота зрения. Нужно уметь оценить расстояние и глубину, ни и в это же время видеть обоими глазами по сторонам. Например, способно сть игрока оценить расстояние в баскетболе и футболе подвергается серь ёзному испытанию, когда он передаёт мяч спешащему ему на помощь игроку, к оторый находится далеко на другой стороне площадки или поля. Пасующий иг рок также должен ясно и чётко видеть под прямым углом в обе стороны для то го, чтобы предостеречься от игрока противной команды, подбегающего со ст ороны и отбирающего мяч. Такой способностью должен обладать и хороший водитель ав томашины. На перекрёстках оживлённых улиц он будет смотреть прямо перед собой, а не глазеть по сторонам. Но в таком положении его головы и глаз он о бнаружит движущийся предмет, находящийся справа или слева от него и легк о избежит столкновения с машиной, находящийся перед ним. При управлении машиной водитель должен иметь угол зрения 180 или 90 градусов. Лишённые способности оценивать расстояние, спортсмены, н е могут нормально согласовать свои действия с другими игроками. Они не п опадают в бейсболе и неудачно попадают мячом в корзину, играя в баскетбо л. Точно так же водитель автомашины, который не может хорошо оценивать ра сстояние и видеть в стороны, часто попадает в неприятные ситуации. 13. Различные способы оценки расстояния. Оценка расстояния идет разными способами. На рис. 13 изображен длинный ряд телеграфных столб ов, уходящий вдаль. В действительности все столбы находятся на одном и то м же расстоянии от точки наблюдения. Секрет такой иллюзии состоит в том, ч то по мере увеличения расстояния предмета от глаза, уменьшается размер е го изображения. На рис. 13 самый маленький на рисунке столб представляется наиболее удаленным, он изображается таки м же на сетчатой оболочке. Так как высота столбов приведена в соответств ующей пропорции на рисунке и столбы правильно расположены друг относит ельно друга, то на сетчатой оболочке они дают изображение, вызывающее ил люзию удаления, хотя все эти предметы находятся на одном и том же расстоя нии от глаза. Т. е., если мы наблюдаем несколько предметов, которые имеют од инаковые размеры, то мы судим об их относительных расстояниях по относит ельным размерам их изображений в нашем глазу. Данный опыт учит нас оцени вать расстояние уединённого предмета п о размеру его изображения. Простой прибор, которым можно пользоваться дл я оценки расстояний изображён на рисунке 14. При смотрении обои ми глазами в одну и ту же точку D, как показано на рис. 14, необходимо некоторо е мускульное усилие для того, чтобы свести оба глаза внутрь это может пос лужить одной из причин, почему мы можем лучше оценивать расстояние обоим и глазами, чем одним. Глаза расположены на некотором расстоянии друг от д руга, и мы на опыте научаемся оценивать расстояние до точки D по мускульно му усилию, необходимому для сведения (конвергенции) глаз. Чтобы иметь воз можность увидеть ещё более близкую точку B, приходится употребить больше е мускульное усилие для сосредоточения обоих глаз в точке В. В военном деле употребляются дальномеры, которые действу ют примерно так же. Две зрительные трубы находятся на определенном расст оянии друг от друга - база дальномера. Каждая из труб фокусируется на неко торый удалённый предмет, причем чем меньше угол, который образуется осям и обоих труб, тем больше расстояние до этого предмета. 14. Несогласовани е напряжёния мускулов. Существует также т акой недостаток зрения, при котором оба изображения фокусируются не на с оответствующих частях обеих сетчатых оболочек. При таком дефекте зрени я возникает двойное изображение. Результат в более легких случаях непра вильности в бинокулярном зрении. Этот недостаток объясняется тем, что му скулы обоих глаз работают не так, как они должны были бы работать, а не сог ласованно, т. е. мускулы не уравновешенны. При помощи старинного стереоскопа, можно провести грубое испытание уравновешенности глазных мускулов. На рис. 9 изображена прост ая карта, которая вставляется в стереоскоп для проведения испытания. Шар для нормальных глаз должен находиться приблизительно в середине начер ченной прямой, между отметками 4 и 6 через центр кружка должна проходить эт а линия. 15. Список литературы: 1. Ар тамонов И. Д., Иллюзии зрения, Физматгиз, 1961. 2. Вавилов С. И., Глаз и Солнце, Изд-во АН СССР , 1956. 3. Вавилов С. И., О “тёплом” и “холодном” све те, “Знание”, 1956. 4. Валюс Н. А., Как видит глаз, Гостехиздат, 1948. 5. Клементьев С. Д., Электронный микроскоп, Гостехиздат, 1956. 6. Кушнир Ю. М., Окно в невидимое, Гостехизда т, 1945. 7. Левшин В. П., Люминесценция и её техничес кие применения, Изд-во АН СССР, 1956. 8. Миннарт М., Свет и цвет в природе, Физматг из, 1959. 9. Орестов И. Л., Холодный свет, Гостехиздат , 1955. 10. Слюсарев Г. Г., О возможном и невозможном в оптике, Физматгиз, 1960. 11. Суворов С. Г., О чём рассказывает свет, Вое низдат, 1963.