Глаз - важный и сложный орган зрения

Муниципальное общеобразовательное учреждение Лицей №8

Исследовательская работа по теме:

«Глаз – важный и сложный орган зрения»

Выполнила

ученица 10 «А» класса

Давыдова Анжелика

Руководитель:

 Погожева Маргарита Анатольевна

учитель физики.

2013г.

Содержание.

  Ведение.

1. Теоретическая часть.

                    а)Строение  зрительного анализатора с точки зрения биологии.

                    б) Зрение и физика

                    в) Дефекты зрения

2. Практическая часть.

Введение.

Мир, полный красок, звуков и запахов, дарят нам наши органы чувств.

«Стянутая рыбачья сеть, закинутая на дно глазного бокала и ловящая солнечные лучи!» - так представил себе в древние времена мудрый грек Герофил сетчатку глаза. Это поэтическое сравнение оказалось удивительно точным. Сейчас  с полной достоверностью можно утверждать, что сетчатка – именно  сеть и именно ловящая…ловящая отдельные кванты света. Свет – не бестелесный посланник Солнца, а само Солнце, часть его, долетавшая до нас в форме квантов, скрупулезно изученных физиками. Темной ночью от далекой неяркой звезды не так уж много квантов, этих бесконечно малых, единых и неделимых порций света, ловит наш глаз. По своей чувствительности глаз приближается к идеальному физическому прибору, потому что нельзя создать прибор, который зарегистрировал бы меньше одного кванта. Этим уникальным свойством глаза пользовались ученые – пионеры атомной и ядерной физики. Долго находясь в темной комнате, они ухитрялись воочию наблюдать отдельные радиоактивные частицы. И вместе с тем глаз выносит астрономическую лавину квантов, исчисляемую  десятками миллиардов в секунду. Если вы взглянете на Солнце, ваши глаза получат миллиардную дозу квантов. Но не делайте этого! Берегите глаза, как полагается беречь «зеницу ока».

Свет играет в нашей жизни очень важную роль. С одной стороны, благодаря восприятию его глазом в процессе зрения мы видим и познаем окружающий мир. С другой стороны, именно свет, приходящий на Землю от Солнца, создает условия, необходимые для существования жизни на нашей планете.

Без света нет зрения. Мы видим только при наличии света, если его не будет, мы просто ослепнем.

        Зрение – это удивительно сложная и еще далеко не познанная, совместная работа глаза и мозга. Уже столетия наука изучает глаз, и каждый ученый, открывая его новые свойства и новые тайны, испытывает чувство волнения и преклонения перед его совершенством.

По данным некоторых ученых 70% всех сведений человек получает из окружающего мира с помощью зрения, другие полагают, что цифра должна быть увеличена до 90%. Недаром А. М. Горький, которому пришлось несколько дней во время болезни пробыть с повязкой на глазах, писал о своем состоянии так: “Ничто не может быть страшнее, как потерять зрение,— это невыразимая обида, она отнимает у человека девять десятых мира”. Уникальность зрения по сравнению с другими анализаторами состоит в том, что оно позволяет не только опознавать предмет, но и определять его место в пространстве, следить за перемещениями. Основная функция зрения состоит в различении яркости, цвета, формы и размеров наблюдаемых объектов.

Глаз человека – удивительный дар природы. Он способен различать тончайшие оттенки и мельчайшие размеры, хорошо видеть днем и неплохо ночью. А по сравнению с глазами животных обладает и большими возможностями. Например, голубь видит очень далеко, но только днем. Совы и летучие мыши хорошо видят ночью, но днем они слепы. Многие животные не различают отдельного цвета.

Как же устроен такой важный и сложный прибор как глаз? В чем его преимущества по сравнению с другими анализаторами? Какие свойства присущи глазу? Какие дефекты зрения встречаются у людей, и каковы их меры профилактики? Как устроен зрительный анализатор с точки зрения биологии и физики? В теоретической части моей работы я попытаюсь ответить на эти вопросы.

Итак, целями моей работы стали:

1. Рассмотреть зрительный анализатор со стороны биологии и физики
2. Выяснить, какие дефекты зрения встречаются у людей и каковы способы их профилактики.
3. Выяснить основные причины ухудшения зрения.  
4. Выявить процент учащихся в моем классе, имеющих те или иные заболевания глаз.
5. По окончанию работы сделать вывод.

1. Теоретическая часть.

Для того чтобы выполнить теоретическую часть  моей работы я ознакомилась с большим количеством литературы, воспользовалась ресурсом Интернет.

          Строение зрительного анализатора с точки зрения биологии.

Глаз человека имеет приблизительно шарообразную форму; диаметр его (в среднем) 2,5 см (рис. 1); глаз окружен снаружи тремя оболочками.

Внешняя твердая и прочная оболочка, называемая склерой или белковой оболочкой, защищает внутренность глаза от механических повреждений. Склера на передней части глаза прозрачна и называется роговой оболочкой или роговицей; на всей остальной части глаза она непрозрачна, имеет белый цвет и называется белком.

С внутренней стороны к склере прилегает сосудистая оболочка, состоящая из сложного сплетения кровеносных сосудов, питающих глаз. В сосудистой оболочке находится ресничная мышца, которая регулирует кривизну хрусталика. Эта вторая оболочка в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенную у разных людей в различный цвет. Радужная оболочка имеет в середине отверстие, называющееся зрачком. Радужная оболочка способна деформироваться и таким образом менять диаметр зрачка. Изменение это происходит рефлекторно (без участия сознания) в зависимости от количества света, попадающего в глаз; при ярком освещении диаметр зрачка равен 2 мм, при слабом освещении доходит до 8 мм.

На внутренней поверхности сосудистой оболочки расположена сетчатая оболочка, или сетчатка. Она покрывает все дно глаза, кроме его передней части. Во внутренней оболочке глаза – сетчатке находятся светочувствительные рецепторы – палочки и колбочки. В них энергия света превращается в процесс возбуждения. Колбочки сосредоточены в центре сетчатки, напротив зрачка – в желтом теле и обеспечивают дневное зрение, воспринимая цвета, форму и детали предметов. На периферии сетчатки имеются только палочки, которые раздражаются слабым сумеречным светом, но они не чувствительны к цвету.

Сзади через оболочку входит зрительный нерв, соединяющий глаз с мозгом. Сетчатка состоит в основном из разветвлений волокон зрительного нерва и их окончаний и образует светочувствительную поверхность глаза.

Рисунок 1. Схематический разрез глаза человека. 1 — белковая оболочка, 2 —роговая оболочка, 3 — сосудистая оболочка, 4 — зрачок, 5 — хрусталик, 6 — сетчатая оболочка, 7 — нерв, 8 — стекловидное тело, 9 — передняя камера

Промежуток между роговой и радужной оболочками называется передней камерой; он заполнен камерной влагой. Внутри глаза, непосредственно за зрачком, расположен хрусталик, представляющий собой прозрачное упругое тело, имеющее форму двояковыпуклой линзы. Кривизна поверхностей хрусталика может меняться в результате действия облегающей его со всех сторон мышцы. Посредством изменения кривизны поверхностей хрусталика достигается приведение изображения предметов, лежащих на различных расстояниях, точно на поверхность чувствительного слоя сетчатки; этот процесс называется аккомодацией. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело.

По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стекловидного тела.  Изображение получается на светочувствительной   поверхности   сетчатки.

Биологу, понимающему, как сложно и гармонично устроен глаз, сравнение с фотоаппаратом кажется обидным, а уподобление сетчатки цветной пленке, даже самой высокочувствительной  и хорошей, просто кощунственным.

Зрение и физика.

«Биология становится слишком серьезной наукой, чтобы ее можно было доверять биологам», - пошутил кто-то из физиков. Конечно, это несправедливая шутка, но в отношении физиологии зрения в какой-то мере верна. Именно физики сделали первый шаг в решении проблем оптики глаза, цветового зрения, абсолютной световой чувствительности. И это неслучайно, ибо физика, в первую очередь оптика, и физиология зрения тесно связаны. Со времен Евклида, Галена и Птолемея до 1583 г. существовало заблуждение, будто хрусталик - чувствующий свет орган. Именно Кеплер, который, воздав должное всеми забытому биологу Ф.Платеру, осознал, что светочувствительный орган зрения не хрусталик, а сетчатка. Кеплера по праву следует считать отцом физиологической оптики.

Абсолютная чувствительность глаза

Жизненный опыт убеждает, сколь чувствителен глаз человека к свету. Астрономы давно научились краешком глаза (как мы теперь понимаем, периферическим палочковым зрением) различать на ночном небе даже самые слабые звезды. Однако необходимы были конкретные знания о минимальной энергии света или числа квантов, способных создать субъективное ощущение световой вспышки. От этого прямо зависит понимание процессов преобразования светового сигнала в зрительный.                                            Еще в конце XIX в. вполне грамотно определил порог чувствительности глаза американский физик и астроном С. Р. Лэнгли (1834-1906).                  Как мы теперь знаем, в эксперименте по определению порога чувствительности зрительной системы необходимы следующие условия: предварительная темновая адаптация глаза наблюдателя; фиксация пятна света на периферии сетчатки, где находятся более чувствительные к свету палочки (сумеречное зрение); достаточно маленькое световое пятно, падающее на сетчатку глаза; световая вспышка; определенная длина волны света, соответствующая максимуму спектральной чувствительности палочкового зрения.                                                                                             При изучении солнечной активности ему необходимо было измерять интенсивность радиации во всем диапазоне длин волн. Так он создал тепловой детектор световой энергии - болометр, чувствительность которого не зависела от длины волны света, что и было принципиально важным для Лэнгли. Таким образом, директор обсерватории, профессор физики и астрономии Питсбургского университета Лэнгли вошел в историю науки как изобретатель болометра, а в историю физиологии зрения как физик, экспериментально определивший порог абсолютной световой чувствительности глаза.                                                                               Согласно Лэнгли, значение по энергии - 3·10–9 эрг, что соответствует потоку, содержащему 800 фотонов. Это всего лишь на порядок величины выше современных значений. И это можно понять, поскольку знания физиологии зрения того времени не позволило учесть в эксперименте целый ряд факторов.                                                                                                                            Пороговые значения, полученные независимо Ю.Б.Харитоном и С.И.Вавиловым в конце 20 - начале 30-х годов, были гораздо ближе к современным. Как и Лэнгли, для решения собственных физических задач им требовалось регистрировать исключительно слабые световые вспышки. Болометры того времени их не удовлетворяли, а других точных приборов еще не было. Самым чувствительным прибором оказывался собственный глаз экспериментатора. 

Современные представления 

Ранние работы известных физиков – Харитона и Ли (20-е годы), Вавилова и сотрудников (30-е годы) и Хехта и коллег (40-е годы), несут следующий главный вывод,  состоящий в том, что зрительная клетка сетчатки - палочка - возбуждается при поглощении даже одного фотона. В ней фотон поглощается одной из 109 молекул зрительного пигмента – родопсина или зрительного пурпура. Палочка должна каким-то образом “узнать” возбужденную молекулу и ответить на это одноквантовое событие возникновением электрического (рецепторного) сигнала. В последние годы удалось впрямую зарегистрировать этот очень слабый электрический сигнал. В результате стало ясно: ответ зрительной клетки (и палочки, и колбочки) на единичный фотон есть событие дискретное, не зависит от интенсивности света, длительности вспышки и длины волны (цвета). У колбочек, однако, его величина оказалась слишком мала для того, чтобы возник такой рецепторный сигнал, который передавался бы следующим нейронам сетчатки. Этим объясняется относительно низкая (примерно на два порядка величины) чувствительность колбочек по сравнению с палочками.                                                                                Палочка способна уверенно детектировать один фотон, т.е. представляет собой эффективный счетчик квантов света. Сейчас достаточно ясен молекулярный механизм, обеспечивающий высокую чувствительность палочки.                                                      Одно из удивительных и важных свойств палочки как счетчика одиночных фотонов - постоянство формы и величины электрического отклика, которое обеспечивается строго определенной геометрией клетки.                                                                                               Итак, абсолютная световая чувствительность зрительной системы (глаза и мозга) определяется наименьшим количеством световой энергии, которое вызывает субъективное ощущение света. В настоящее время порог светового восприятия экспериментально определен в (4-7)·10–10 эрг/с. Это - минимальный поток световой энергии от точечного источника, который падает на роговицу глаза и воспринимается мозгом как вспышка света.                                                                                                       Природа феномена предельной световой чувствительности зрительной клетки находит свое объяснение. Заслуга С. Лэнгли, Ю.Б.Харитона, С.И.Вавилова, С. Хехта и многих других исследователей состоит в установлении самого этого феномена: одного поглощенного светового кванта достаточно для физиологического возбуждения рецептора сумеречного зрения - палочки сетчатки глаза.

Дефекты зрения и способы их профилактики

Дальнозоркость.

В дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии глаза находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтобы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недостаточна. Следовательно, близкие предметы не могут быть видимы без напряжения глаза.

  Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами, приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.

Близорукость.

В том случае, если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально велико или хрусталик настолько закруглён и толст, что его фокусное расстояние ненормально мало, изображение удалённого предмета попадает перед сетчатой.

Этот дефект глаза очень распространён и называется близорукостью или миопией. Близорукость – это такой дефект глаза, который чрезвычайно распространён среди школьников и студентов. Согласно данным специалистов каждые 3 новорождённых из 100 обладают этим дефектом; в начальной школе число близоруких составляет примерно 10 из 100; в средней школе число близоруких достигает 24%, а в колледже – 31%. Среди диких племён, живущих и работающих большей частью на открытом воздухе, близорукость почти неизвестна. Точно также среди фермеров и лиц, работающих на открытом воздухе, очень малое количество страдает от близорукости, если только они не приобрели 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 близкими предметами глазное яблоко “привыкает” удлиняться на столько, что хрусталик уже теряет способность сплющиваться для фокусирования изображения удалённого предмета на сетчатой оболочке без избыточного напряжения. 

Для исправления близорукости, глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами.

Близорукость глаза (а) исправляется с помощью рассеивающей линзы (б);  

дальнозоркость (в) — с   помощью   собирающей  линзы (г)

Астигматизм

 Обычно поверхность роговой оболочки – несколько выступающей передней части глазного яблока – 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 результате которого получается нечёткое зрение, называется астигматизмом.   

Таблица для испытания на астигматизм

Астигматизм можно обнаружить при помощи специальной таблицы.

Нормальный глаз видит группы линий, изображенных на рисунке с одинаковой чёткостью на всех расстояниях от глаза. В случае если глаз имеет астигматизм (каждый глаз проверяется отдельно), вертикальные или горизонтальные линии или некоторые линии между ними кажутся чёткими и чёрными, а линии, расположенные под прямым углом к ним, кажутся менее тёмными.

         Астигматизм может причинить головные боли и создавать расплывчатость, в особенности, если читать длительное время подряд. Астигматизм исправляется цилиндрической линзой.

Дальтонизм.

Дальтонизм – неспособность различать цвета, если колбочки какого – либо вида оказываются с дефектом. Это расстройство зрения названо по фамилии английского химика и физика Джона Дальтона(1766-1844), впервые исследовавшего это явление. Дальтонизмом страдают 8% мужчин и 0.5% женщин.

Одни дальтоники не воспринимают красный цвет, другие – зеленый, третьи – фиолетовый. Встречаются и такие люди, для которых мир «окрашен» только в оттенки серого.

Косоглазие.

Косоглазие – отклонение одного глаза или попеременно одного из глаз от совместной точки фиксации с нарушением бинокулярного зрения.                                                                                                                   В результате действия ряда причин нарушается бинокулярное зрение и происходит отклонение одного глаза.                                                             Выделяют две основные клинические формы косоглазия: содружественное и паралитическое.                                                          Содружественное косоглазие развивается чаще в детском возрасте. Отклоняться может постепенно один глаз или попеременно правый и левый.                                                                                                          Различают косоглазие внутреннее, или сходящееся, наружное, или расходящееся, косоглазие кверху и книзу. Подвижность глазных яблок обычно не страдает.                                                                Паралитическое косоглазие развивается вследствие пореза или паралича наружных мышц  глаза. Подвижность косящего глаза ограничена, острота зрения длительное время не снижается.                    При паралитическом косоглазии возникают жалобы на двоение видимых предметов и иногда на головокружение.

Данные теоретической части моей работы доказывают, что глаз –

действительно очень важный и сложный орган зрения. Играющий огромную роль в нашей   жизни.    

2. Практическая часть

В практической части моего исследования я решила:

1)Выявить процент учащихся среди 4,7,8 классов, имеющих какие-либо дефекты зрения.

2)Опросить школьников о возможных причинах ухудшения зрения.

2)По результатам полученных данных вывить и сформулировать основные причины развития болезней, а также  предложить упражнения для гигиены зрения.

Меня заинтересовало, а насколько хуже становится зрение у учеников разных классов.

Вот что я получила, проведя опрос:

8 классы.  Опрошено 57 человек.

7 классы. Опрошено 60 человек.

4 классы. Опрошено 59 человек.

По данным хорошо видно, что по мере взросления у многих детей развиваются различные болезни. Это связано с рядом причин.

Я решила выяснить, что считают ученики основными причинами ухудшения зрения. Вот что получилось:

Основные причины:

1. неправильное освещение
2. травмы
3. недостаточное вечернее освещение
4. близкое чтение
5. неправильная осанка
   

Сравнив полученные данные с литературными источниками, привела некоторые способы гигиены зрения.

Причины ухудшения зрения и способы его профилактики

Отчего у некоторых школьников развивается близорукость, и можно ли её предотвратить? Конечно, можно, если выполнять несложные правила, которые помогают сохранить зрение.

        Когда мы рассматриваем предметы на близком расстоянии, мышечный аппарат глаза напрягается. Меняется кривизна хрусталика и форма глазного яблока, а когда смотрим вдаль. Зрительное восприятие облегчается. Вот почему пребывание в поле, на лугу, у реки, где обеспечен большой кругозор, - прекрасный отдых для глаз.

        Особенно вредно держать книги, тетради ближе 30см от глаза. А это может быть при плохом освещении, неправильной посадке. Ежедневная длительная, увеличивающаяся с годами зрительная работа, нередко в неблагоприятных условиях, создает привычку рассматривать все вблизи. В результате развивается близорукость.

        Первое условие нормальной работы глаз – хорошее освещение. Освещенность непосредственно у окна в 6 – 8 раз выше, чем в простенке между окнами. Поэтому стол для занятий нужно ставить ближе к окну и так, чтобы свет падал слева. Искусственное освещение должно быть достаточным по силе, равномерным, не давать резких теней, не создавать блескости. В школе за этим наблюдает школьный врач. Те же условия следует создавать и дома.  На рабочем столе слева ставится настольная лампа мощностью 50 – 60вт.

        Для сохранения хорошего зрения очень важна правильная посадка за партой, рабочим столом. Вредно читать лежа.

        Глаза следует беречь от травм. Это самая частая причина слепоты. Нередко ранение одного глаза приводит к слепоте другого. Причины глазных травм у детей чаще всего шалости, драки.

        В мастерских и на предприятиях школьники должны строго соблюдать правила техники безопасности.

Гигиена зрения

Для нормальной работы глаз следует оберегать их от разных механических воздействий, читать в хорошо освещенном помещении, держа книгу на определенном расстоянии (до 33-35 см от глаз). Свет должен падать слева. Нельзя близко наклоняться к книге, так как хрусталик в этом положении долго находится в выпуклом состоянии, что может привести к развитию близорукости. Слишком яркое освещение вредит зрению, разрушает световоспринимающие клетки. Поэтому, например, сталеварам. Сварщикам и лицам других сходных профессий рекомендуется надевать во время работы темные защитные очки.

Нельзя читать в движущемся транспорте. Из-за неустойчивости положения книги все время меняется фокусное расстояние. Это ведет к изменению кривизны хрусталика, уменьшению его эластичности, в результате чего ослабевает ресничная мышца. Когда мы читаем лежа, положение книги в руке по отношению к глазам тоже постоянно меняется, привычка читать лежа наносит вред зрению.

Расстройство зрения может возникнуть также из-за недостатка витамина А.

Пребывание на природе, где обеспечен большой кругозор – прекрасный отдых для глаз.

Вывод

В своей работе я бесспорно доказала, что глаз – на самом деле очень важный и сложный орган зрения. Я утвердилась, что без зрения жить мало того, что очень сложно, но и скучно. Проведя опросы, я выяснила, что среди учеников различных классов есть проблемы со зрением, которые необходимо решать. Данная тема кажется мне очень интересной и актуальной, поэтому я планирую продолжить исследование данной тематики.

Используемая литература

1. Вавилов С.И. Глаз и солнце. М., 1927.
2. Детская энциклопедия. Издательство «Просвещение», 1966г.