«Свет, как физическое явление и влияние света на глаз».

Проектная работа по физике

Тема:  «Свет, как физическое явление и влияние света на глаз».

Выполнила:

ученица 9 «А» класса МБОУ Школа №128

Кочемаева Елизавета Сергеевна

Руководитель:

учитель физики Буданова Ольга Евгеньевна  

г. Самара

2018г

ПЛАН

1. Свет

1.1. «Горячие» и «холодные» источники света.

1.2. Точечный источник света.

1.3. Прямолинейность распространения света.

2. Глаз

2.1 Разные виды глаза

2.2.Анатомия хрусталикового глаза

2.3.Прохождение света через глаз.

2.4. Дефекты зрения

2.5.Коррекция зрения

3. Исследования

Опыт 1

Опыт 2

4.Заключение

5.Список литературы

ВВЕДЕНИЕ.

Я  выбрала данную тему, потому, что она, на мой взгляд, является актуальной. Свет - основа всего живого на Земле.  Глаз является одним из тех органов чувств человека, без которого мы - люди не представляем жизнь возможной. Способность видеть чрезвычайно важна. Зрение позволяет  людям получать основную часть информации о внешнем мире.

Цель моей работы найти ответы на вопросы: «Как мы видим? Что представляет собой нечто называемое нами светом, которое, попадая в наш глаз, вызывает зрительные ощущения? Что такое свет?» Также глаз заинтересовал меня как оптическая система.

Своей задачей я поставила разобраться, что такое свет, как свет влияет на глаз, принцип работы глаза и его строение. Для решения этой задачи я поставила ряд опытов, наглядно затрагивающих тему моей работы.

При работе над своим проектом я хотела больше узнать о проблемах работы глаза и по возможности выяснить, как с ними справиться.

СВЕТ

Первые представления людей о свете были  наивными с точки зрения современных знаний. Считалось, что из глаз выходят щупальца, которыми человек ощупывает все предметы. Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную природу: с одной стороны это - электромагнитные волны, а с другой - поток элементарных частичек - фотонов. Свет - это излучение, но та лишь его часть, которая воспринимается глазом, поэтому свет называют ещё и видимым излучением. Во время распространения света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом проявляются свойства частичек света.

Раздел физики, в котором изучаются световые явления, называют оптикой (от греческого  « орііке » - наука о зрительном восприятии).  Любой объект становится видимым одним из двух способов:

• он сам может быть источником света, например, электрическая лампа, свеча (мы видим свет, непосредственно испускаемый этим источником);
• чаще видимый предмет отражает, падающий на него свет (источником света в этом случае может быть солнце, лампа или ещё что-нибудь).

Существуют «горячие" и "холодные" источники света.

Солнце - основной естественный источник света и тепла. В представлении человека свет и тепло неразрывно связаны между собой.

Костер, лучина, фитильные и газовые светильники, электрическая лампочка - таков долгий путь развития искусственных источников света. В пламени костра, лучины и фитильных ламп свет излучается раскаленными твердыми частичками углерода. В электрических лампах накаливания светится раскаленная металлическая нить. До наших дней человечество в основном пользуется горячими источниками света.

В природе встречается и "холодный" свет, например, свет гнилушек, светлячков и полярных сияний. Светящиеся тела в этом случае не раскалены.

В последние годы получил распространение "дневной свет" в виде энергосберегающих ламп дневного света. Эти лампы экономичнее электрических ламп накаливания, и их свет по оттенку ближе к дневному.

Тела, которые излучают свет, называют источниками света. Источники света делятся на естественные и искусственные. Естественные источники света -  Солнце, звёзды, полярное сияние, молния, некоторые виды насекомых, глубоководных рыб.

К искусственным источникам света относятся различные лампы, свечка,  лазер. Некоторые тела не излучают самостоятельно, а светят отраженным светом, например, Луна.

Точечный источник света.

Все источники света имеют определенный размер. Но чем меньше размеры светящегося тела в сравнении с расстоянием, на которое мы оцениваем его действие, тем с меньшей погрешностью можно принимать его за светящуюся точку. Например, светящийся шарик диаметром 1 см на расстоянии 30-35 м от глаза представляется нам светящейся точкой. Огромные звезды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные источники света потому, что находятся на колоссальном расстоянии от Земли.

Прямолинейность распространения света.

Опыт 1: 

Я взяла маленький источник света, карманный фонарик S (рис.1). Расположила на некотором расстоянии от него экран (доска), то есть в каждую его точку попадает свет. Между точечным источником света S и экраном я разместила непрозрачное тело – мячик.  На экране я увидела темное изображение очертаний мяча - тёмный круг, поскольку за ним образовалась тень - пространство, куда не попадается свет от источника S. Если бы свет распространялся не прямолинейно и луч не был бы прямой линией, то тень могла бы не образоваться или имела бы другую форму и размеры. Чётко ограниченная тень, которая получилась в моем опыте, я не всегда наблюдаю в жизни. Такая тень образовалась, потому что в качестве источника света я использовал лампочку, размеры спирали которой намного меньше, чем расстояние от неё до экрана.

                          Рис.1

Если в качестве источника света взять большую, сравнительно с препятствием, лампу, размеры спирали которой сравнимы с расстоянием от неё до экрана, то вокруг тени на экране образуется еще и частично освещенное пространство - полутень.

Образование полутени не противоречит закону прямолинейного распространения света, а наоборот, подтверждает его. В данном случае источник света нельзя считать точечным. Он состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи. Поэтому на экране имеются области, в которые свет от одних точек источника попадает, а от других не попадает. Таким образом, эти области экрана освещены лишь частично, там и образуется полутень. В центральную область экрана не попадает свет ни от одной точки лампы, там наблюдается полная тень (Рис.2).

                   Рис.2

Очевидно, что если мой глаз находился бы в области тени, то я не увидела бы источник света. Из области полутени я видел бы часть лампы. Это можно наблюдать при солнечном или лунном затмении (Рис.3).

Рис.3

Опыт 2: 

Я положила на стол кусок картона (Рис.4). Воткнула в него две булавки в нескольких сантиметрах друг от друга. Между этими булавками я воткнула ещё две-три булавки так, чтобы, глядя на одну из крайних, я увидела только её, а остальные булавки были бы закрыты от моего взгляда ею. Я вынула булавки, приложил линейку к следам в картоне от двух крайних булавок и провела прямую. Следы от других булавок положились на данной прямой.

Рис.4

Прямолинейностью распространения света пользуются при провешивании прямых линий на поверхности земли и под землей в метро, при определении расстояний на земле, на море и в воздухе.

ГЛАЗ

Перед тем как перейти к зрению рассмотрим остальные органы чувств.

                                                Внешние чувства

У человека есть разные возможности восприятия внешней информации. Это делается с помощью         

органов чувств:

Человек познаёт мир с помощью зрения на 70%. Способность видеть чрезвычайно важна. Зрение позволяет людям получать значительную часть информации о внешнем мире. Мы видим с помощью глаз. В природе существует несколько разных типов глаз. Одними из них являются  хрусталиковый и фасеточный, как раз о них я вам и расскажу.

Разные виды глаз

        Хрусталиковый                             Фасеточный        

Хрусталиковый глаз

Хрусталиковый глаз - наиболее распространенный тип глаза на земле. Также  как и млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы, головоногие моллюски, мы – люди, являемся обладателями хрусталиковых глаз.

Анатомия хрусталиково глаза

Информация, полученная при помощи глазного яблока, передается по зрительным путям в подкорковые центры зрения, в высший зрительный центр, в затылочных долях головного мозга.

Глазное яблоко является костным вместилищем глаза и служит для его защиты. Между глазницей и глазным яблоком находится жировая клетчатка. Выполняет амортизирующие функции,  в ней проходят сосуды, нервы и мышцы. Глазное яблоко весит 7 грамм. Форма глазного яблока -  слегка сплюснутый в переднезаднем направлении шар.

Стенка глазного яблока состоит из трех оболочек:

• Наружная оболочка. Большая часть - белковая плотная непрозрачная ткань, склера или белок глаза. Спереди склера переходит в прозрачную роговицу. Место перехода склеры в роговицу - лаза, через нее в глазное яблоко проникают лучи света. Прозрачность роговицы объясняется уникальностью ее строения. Все клетки в ней расположены в строгом оптическом порядке. В роговице происходит процесс преломления световых лучей.
• Средняя оболочка глазного яблока – сосудистая, состоит из: сосудистой оболочки (хориоидеа) в заднем отделе глаза, ресничного или цилиарного тела в среднем отделе, переднего отдела – радужки.
• Радужная оболочка или радужка, находится в переднем отделе глаза, состоит из рыхлой соединительной ткани и сети сосудов. В центре радужки находится отверстие – зрачок. Изменение диаметра зрачка под воздействием светового излучения называется реакцией  зрачков на свет или зрачковый рефлекс. Суживается и расширяется зрачок благодаря работе двух мышц расположенных в радужке - это мышца, суживающая зрачок и мышца расширяющая зрачок. Цвет радужной оболочки зависит от количества в ней клеток меланофоров, содержащих меланин. Чем больше меланина, тем темнее цвет радужки. По краю радужка переходит в ресничное или цилиарное тело. Ресничное тело снаружи прикрыто склерой, имеет форму кольца. Состоит из соединительной ткани, сосудов, ресничной мышцы и отростков ресничного тела. К отросткам ресничного тела при помощи специальной круговой связки прикрепляется хрусталик. Функцией ресничного тела является участие в процессе аккомодации. При сокращении ресничного тела связка ослабляется и хрусталик принимает более выпуклую форму, при этом улучшается видение ближних предметов. Еще одной функцией ресничного тела является выработка внутриглазной жидкости, за счет которой питаются образования глаза, не имеющие собственных сосудов (роговица, хрусталик, стекловидное тело) и обеспечивается постоянное внутриглазное давление.
• Внутренняя оболочка глазного яблока – сетчатка, это часть нервной системы, является первым отделом зрительного анализатора. В сетчатке световая энергия преобразуется в нервные импульсы. Происходит первичный анализ зрительной информации. Верхний слой сетчатки – пигментный. Он поглощает свет, уменьшая его рассеивание внутри глаза, и в нем же образуются зрительные вещества. В следующем слое находятся отростки клеток сетчатки – палочек и колбочек. Отростки содержат зрительные вещества – родопсин (палочки) и йодопсин (колбочки). Палочки и колбочки передают нервное возбуждение находящимся далее биполярным клеткам, а те в свою очередь ганглиозным клеткам. Отростки этих клеток собираются в зрительный нерв. Оптически активная часть сетчатки называется глазное дно. На глазном дне можно рассмотреть сосуды, диск зрительного нерва, а так же желтое пятно. Желтое пятно – это область сетчатки, где сосредоточено максимальное количество колбочек, отвечающих за цветовое зрение.

Внутренняя часть глазного яблока представляет собой: внутриглазную жидкость, хрусталик, стекловидное тело. Внутриглазная жидкость располагается в передней части глаза. Пространство между роговицей и радужкой называется передней камерой глаза, между радужкой и хрусталиком – задней камерой глаза. Жидкость внутри камер постоянно циркулирует. Хрусталик - прозрачное тело, имеющее форму чечевицы или двояковыпуклой линзы. При помощи круговой (цинновой) связки он подвешен к отросткам ресничного тела. Хрусталик участвует в преломлении световых лучей и в акте аккомодации. За хрусталиком находится стекловидное тело. Это прозрачная студнеобразная масса, содержащая 98% воды. Стекловидное тело участвует в преломлении световых лучей, поддерживает тонус и форму глазного яблока. К защитному аппарату глаза относятся: веки, глазница. Веки выполняют защиту глазного яблока от попадания различных предметов. При помощи мигательных движений век с поверхности глазного яблока убираются мелкие частицы пыли и равномерно распределяется слезная жидкость. Внутренняя поверхность век покрыта слизистой оболочкой – конъюнктивой. Конъюнктива имеет множество нервных окончаний, а ее клетки выделяют специальный секрет, смазывающий поверхность глазного яблока.

Прохождение света

На пути света в глаз лежит несколько оптических тел:

1. Роговица - линза, на долю которой приходится 40 диоптрий из всех 60 диоптрий общей преломляющей силы глаза. Роговица - самая сильная линза в оптической системе глаза. Выйдя из роговицы, свет попадает в заполненную жидкостью, так называемую переднюю камеру глаза - пространство между внутренней поверхностью роговицы и радужкой.
2. Радужка представляет собой диафрагму с отверстием в центре - зрачком, диаметр которого может меняться в зависимости от освещения, регулируя поток света, попадающего в глаз.
3. За радужкой располагается хрусталик - ещё одна линза, преломляющая свет. Оптическая сила этой линзы меньше, чем у роговицы - она составляет примерно 18-20 диоптрий. Хрусталик по всей окружности имеет похожие на нити связочки, которые соединяются с цилиарными мышцами, располагающимися в стенке глаза. Эти мышцы могут сокращаться и расслабляться. В зависимости от этого связки могут также расслабляться или натягиваться, в результате чего радиус кривизны хрусталика меняется - поэтому человек может видеть чётко как вблизи, так и вдали.
4. За хрусталиком располагается стекловидное тело, занимающее большую часть глаза, придает ему форму. Других функций оно не имеет, имеет желеобразную структуру
5. После прохождения через все вышеперечисленные структуры свет попадает на сетчатку, играющую в глазу роль фотоплёнки. Состоящая из девяти слоёв клеток, сетчатка предназначена для преобразования световой энергии в энергию нервного импульса.

Дефекты зрения.  Существует множество дефектов зрения, как глаукома, катаракта и.т.д. Я рассмотрю только близорукость и дальнозоркость, так как они являются в той или иной степени знакомы всем нам и эти проблемы возникают из-за сбоя глаза, как оптической системы.

Близорукость

Близорукость определяется увеличенной преломляющей способностью хрусталика. Чаще всего такой вид близорукости возникает при изменениях хрусталикового ядра, возникающих у больных сахарным диабетом, и при некоторых врожденных формах катаракт.  

Миопическая болезнь возникает, когда длина глаза оказывается слишком большой обычно за счет роста передней части глазного яблока. Вначале это бывает физиологическая близорукость, но при миопической болезни процесс не стабилизируется на каких-либо цифрах близорукости, а прогрессирует постоянно и глазное яблоко продолжает свой рост. Глазное яблоко при миопической болезни увеличено в размерах, глазная щель расширена, зрачок обычно широкий, передняя камера глаза глубокая.

Пациенты с близорукостью жалуются на ослабление зрения вдаль, которое постепенно увеличивается. Часто такие пациенты прищуриваются, так как при этом площадь зрачка уменьшается, уменьшая рассеивание лучей света, и зрение несколько улучшается.

Дальнозоркость

Пациент с дальнозоркостью видит нечетко предметы на любых расстояниях, при приближении предмета к глазу, зрение ухудшается. Термин дальнозоркость объясняется тем, что вдали такой пациент видит все-таки лучше, чем вблизи.

Дальнозоркий человек может держать текст очень близко от глаз, потому, что это увеличивает изображение текста на сетчатке. Однако изображение не становится лучше, просто оно увеличено. Пациент часто щурится, пытаясь помочь аккомодации, что может способствовать развитию блефаритов и конъюнктивитов, наряду с постоянным напряжением ресничной мышцы.

• гиперметропия слабой степени - до 2,0 диоптрий
• гиперметропия средней степени – до 4,0 диоптрий
• гиперметропия высокой степени – более 4,0 диоптрий.

Коррекция зрения производится с помощью очковых стекол, контактных линз и хирургических методов. Коррекцию необходимо производить своевременно, особенно у детей. Подбор линз осуществляют отдельно на каждый глаз. Контактные линзы имеют  преимущество перед очками. Они не ограничивают поле зрения, обеспечивая хороший обзор при повороте глазных яблок, незаметны для окружающих. Однако при их ношении может развиваться индивидуальная непереносимость, при нарушении правил использования контактных линз возникают воспалительные заболевания слизистой оболочки глаз.

    Коррекция зрения

                        ЛИНЗОВАЯ                        ЛАЗЕРНАЯ

Лазерная коррекция зрения

Лазерная хирургия глаза - передовое направление современной офтальмологии. Достижения в данной области позволяют сегодня решить проблему плохого зрения для миллионов людей. За последние 10 лет во всем мире проведено около 5 миллионов

операций коррекции зрения с помощью эксимерного лазера, из них в 2014 году было произведено более 1 миллиона лазерных коррекций зрения. 

Линзовая (контактная) коррекция зрения

КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ, являются отличным приспособлением для коррекции зрения. Обладают рядом преимуществ перед очками. Пользование контактными линзами уменьшает явления зрительного утомления и повышает зрительную работоспособность, дают лучшее качество зрения и лучшее качество жизни по сравнению с очками. Но  даже самые совершенные контактные линзы остаются инородным телом для глаза и могут вызывать широкий спектр осложнений, в том числе тяжелых.

Способы применения

                 Фасеточный глаз               Хрусталиковый глаз

Фасеточный глаз содержит множество специфических структурных элементов — омматидиев (фасеток), длинных конусов, состоящих из многочисленных пигментных, светопреломляющих  клеток. Каждый омматидий представляет собой самостоятельный глаз, который индивидуально воспринимает световое или цветовое пятно, а все вместе омматидий глаза дают мозаичную картинку с не очень большим разрешением.

Университет японского города Осака и центр технологий компании Konica Minolta сообщили о разработке новой технологии производства миниатюрных линз для мобильных фотокамер. В основе - биологический принцип фасеточного строения глаз у насекомых.  Исследователи использовали множество микроскопических линз, каждая из которых создает отдельное изображение. Затем эти кусочки по определенной системе компонуются в одну общую картинку. Благодаря разработке новых линз можно будет создавать фотокамеры размером и толщиной не более 2 миллиметров. Это позволит делать очень качественные фотоснимки. Нас ожидает очередная технологическая революция.

Хрусталиковый глаз

        Принцип работы хрусталикового глаза используется в современных оптических приборах, как фотоаппарат, бинокль, телескоп. Свет проходит через линзу и попадает на фотоплёнку. Принцип аналогичен работе глаза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во время написания данной работы я узнала много нового о свете, как физическом явлении, о глазе и его строении, о дефектах зрения и их лечении, о влиянии света на глаз.

Изучив научную литературу по теме данного проекта, мне удалось достигнуть поставленных мною задач. Теперь я намного лучше разбираюсь по теме «Свет, как физическое явление и влияние света на глаз».  Мне намного проще изучать и понимать физику по теме «Оптика» и биологию по теме «Строение глаза».

        Список литературы

1. Сивухин Д.В. «Общий курс физики»: Оптика-М.: Наука, 1980
2. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. М.Наука,1986
3. Заказнов Н.П.редактор. Прикладная оптика. 2010
4. Мякишев Г.Я. Физика: Учебник ОУ-М.:Просвещение, 2011
5. ПинскийА.А. Физика. Углубленное изучение физики: учебное пособие.- М.:Просвещение, 1994
6. Сивухин Д.В.Общий курс физики. Оптика.-М.:Наука,1980
7. Учебный спавочник школьника.-Москва,Дрофа,2005