В исследовательской работе по физике (биологии) "Перфорационные очки или как исправить зрение?" я изучу перфорационные очки и выясню: улучшают ли они зрение и лечат ли дефекты. Проведу опрос, наблюдения, экспериментально исследую изображения, изготовлю перфорационные очки.

В процессе работы над исследовательским проектом по физике (биологии) на тему "Перфорационные очки или как исправить зрение?" я выполню математическую обработку и проведу анализ полученных данных.

Подробнее о работе:

В ходе исследования проверю экспериментально действие перфорационных очков, выявлю свойства изображений получающихся в них и сравню с очками, купленными в оптике.

Мне очень хотелось бы узнать улучшают ли зрение перфорационные очки, способствуют ли они лечению дефектов зрения у человека.

Оглавление

Введение
1. Основная часть
1.1. Глаз как оптическая система
1.2. Виды линз
1.3. Получение изображений с помощью линз. Эксперимент
1.4. Перфорационные очки. Проведение экспериментов
Заключение
Используемая литература

Актуальность. Во всём мире есть немало людей, у которых проблемы со зрением. Эти люди могут проживать в разных странах, иметь разную национальность, но всех их будет объединять одно – они будет носить линзы, в том или ином их воплощении (контактные линзы, очки).

Наиболее распространенными дефектами зрения являются дальнозоркость и близорукость.
Я сам ношу очки, позволяющие хорошо видеть вдали, как и 40% учеников моего класса. Это очень большой показатель, тогда как средний показатель по нашей стране составляет не более 25%.

Опрос среди учителей

Проведя опрос среди учителей нашей школы 35 -55 лет, 83% опрашиваемых сказали что имеют проблемы со зрением, у 55% которых пользуются очками на «минус», а у 45% на «плюс».

В этих двух видах очков применяются линзы. Однако существуют особенные очки, которые называются перфорационными или еще встречается название дифракционные. Они представляют собой пластмассовую или металлическую оправу, в которую вместо очковых линз установлены пластины из непрозрачного черного пластика с множеством круглых отверстий, расположенных в определенном порядке.

Проблемы исправления зрения, как никогда актуальны сейчас, во время развития электронных технологий. Эти перфорационные очки позволяют не только препятствовать прогрессированию ухудшения зрения, но и защищают людей от воздействия ярких источников света, таких, как компьютер.

Целью работы: является изучение перфорационных очков и их применение для лечения различных глазных заболеваний.

В процессе работы над темой были выдвинуты следующие гипотезы:

• Перфорационные очки улучшают зрение.
• Перфорационные очки лечат дефекты зрения.

Предмет исследования: очки и их оптическое действие.

Объект исследования: законы геометрической оптики.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, опрос, теоретический анализ полученных данных, математическая обработка данных.

Для реализации цели, были поставлены такие задачи:

1. Так как тема «Оптика» еще не пройдена в 8 классе, изучить строение глаза, как оптической системы, выявить основные причины проявления дефектов зрения.
2. Изучить самостоятельно виды очков, по типу линз в них применяемых.
3. Исследовать экспериментально получение изображения в различных линзах.
4. Изучить имеющуюся литературу по перфорационным очкам.
5. Изготовить самостоятельно такие очки.
   В ходе изучения имеющийся в сети интернет информации по перфорационным очкам мы пришли к выводу, что необходимо проверять свойства изображений, даваемых такими очками, так как очень мало научной литературы по такого рода очкам, в основном имеется информация рекламного характера, а она естественно не ставит целью достоверно описывать свойства и назначение перфорационных очков. Поэтому следующая задача:
6. Проверить экспериментально их действие, выявив свойства изображений получающихся в них и сравнить с очками, купленными в оптике.

1.1. Глаз как оптическая система.

Строение человеческого глаза напоминает фотоаппарат. В роли объектива выступают роговица, хрусталик и зрачок, которые преломляют лучи света и фокусируют их на сетчатке глаза.

Хрусталик может менять свою кривизну благодаря цилиарной мышце и работает как автофокус у фотоаппарата - моментально настраивает хорошее зрение на близь или даль.

Сетчатка, словно фотопленка, запечатлеет изображение и отправляет его в виде сигналов в головной мозг по зрительному нерву, где происходит его анализ.

Аккомодация. Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в способности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики в зависимости от положения предмета. Такое приспособление глаза к изменению положения наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

Глазу свойственны три основных недостатка:

• миопия (близорукость), при которой лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются перед сетчаткой .
• гиперметропия (дальнозоркость), при которой истинный фокус лучей от бесконечно удаленного предмета лежит за сетчаткой.
• астигматизм, при котором преломляющая способность глаза различна в разных плоскостях, проходящих через его оптическую ось.

1.2. Виды линз.

Для исправления дефекта зрения служат очки.
Для дальнозоркого глаза необходимы очки с положительной оптической силой (собирающие линзы), для близорукого – с отрицательной оптической силой (рассеивающие линзы).

Для получения изображений и сравнения их свойств были взяты очки у мамы, мои очки, очки у бабушки, маленькая линза из киндерсюрприза, а так же лупа.

Для выявления количественной зависимости использовался набор по геометрической оптике для фронтальных лабораторных работ из кабинета физики.

Для наблюдения удаленных предметов оптическая сила линз должна быть такой, чтобы параллельные пучки фокусировались на сетчатке глаза.

Глаз должен видеть через очки мнимое прямое изображение удаленного предмета, находящееся в дальней точке аккомодации данного глаза.

Очки для «ближнего зрения» (например, для чтения) должны создавать мнимое изображение предмета, находящегося на расстоянии d = 25 см (то есть на расстоянии наилучшего зрения нормального глаза), на расстоянии наилучшего зрения данного глаза.

Вследствие сужения области аккомодации у многих людей очки для ближнего зрения должны обладать большей (по модулю) оптической силой по сравнению с очками для рассматривания удаленных предметов.

1.3. Получение изображений с помощью линз. Эксперимент

Какие получаются изображения в различных линзах? Это вы можете увидеть в представленной таблице.

Изображения, даваемые собирающей линзой
d < F, если предмет находится между фокусом и линзой	увеличенное	прямое	мнимое
F < d < 2F, если предмет находится между фокусом и двойным фокусом	увеличенное	перевёрнутое	действительное
d > 2F, если предмет находится за двойным фокусом	уменьшенное	перевёрнутое	действительное

Изображения, даваемые рассеивающей линзой всегда мнимое, уменьшенное, прямое.

Диоптри́я — единица измерения оптической силы линз 1 диоптрия равна оптической силе линзы с фокусным расстоянием, равным 1 метру.

Что бы понять чем различаются линзы, были взяты 4 различные собирающие линзы и вычислены оптические силы по изображениям даваемым различными источниками света.

Результаты представлены в таблице.

Источник света	Лазер	Лампочка	Окно (удаленный источник)
	Оптическая сила линзы	Оптическая сила линзы	Оптическая сила линзы
Толстая линза (лупа)	13.5	13.5	12
Маленькая линза (линза из киндера)	4.5	4.5	5
ЛС – 1	6	6	5.5
ЛС – 2	3	2.5	2.5

Причем в последнем и первом столбике оптическая сила вычислялась по формуле D=1/F, а от источника света - лампочки оптическая сила вычислялась по формуле тонкой линзы.

Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F.

1.4. Перфорационные очки. Проведение экспериментов

Что же представляют собой перфорационные очки?
Они представляют собой пластмассовую или металлическую оправу, в которую вместо очковых линз установлены пластины из непрозрачного черного пластика с множеством круглых отверстий, расположенных в определенном порядке.

Как они работают?
Точечные отверстия обеспечиваю бесконечную глубину фокуса, так что если даже глаз не может нормально сфокусироваться, Вы будете видеть все объекты в фокусе.

Что особенно важно, они устраняют рассеивания светового потока по пути к сетчатке и, следовательно, улучшают зрение.

Самый простой способ продемонстрировать это – сжать кулак и поднести его к глазу, закрыв другой глаз. Затем откройте кулак настолько, чтобы появилось небольшое отверстие, через которое можно смотреть.

Если у Вас есть какие-либо нарушения рефракции, то Вы увидите, что через это отверстие объекты видны гораздо чётче. Такое же улучшение происходит, если прищуриться.

Результаты эксперимента с очками с отверстиями представлены в следующих таблицах.

Таким образом из сравнительных таблиц видно, что наибольший эффект дают перфорационные очки на расстоянии от 2,5 до 5 метров, но даже они не улучшают видимость так, как оптические очки с диоптриями.

Кроме этого эффект улучшения зрения сразу исчезает, стоит только снять очки, как перфорационные, так и оптические.

Также из таблиц мы можем заметить, что купленные в оптике перфорационные очки, кроме эстетического преимущества и может быть удобства в ношении, никакого превосходства, подтвержденного экспериментально не выказывают.

Никакой особой системы в нанесении отверстий не проглядывается. Даже размер отверстий, как получилось из проведенных опытов, не играет существенной роли. Главное, что бы размеры этих отверстий были сравнимы с размером среднего зрачка при нормальном освещении от 2,5 мм до 6 мм.

Такой вывод следует из анализа проведенных измерений для близорукого глаза.
Для глаза, имеющего такой дефект зрения как дальнозоркость перфорационные очки вообще не сыграли существенной роли для улучшения видимости.

Хотя тут стоит сделать небольшое отступление, так как дальнозоркость бывает двух видов: так называемая возрастная пресбиопия – естественное для каждого человека состояние, возникающее после 40 лет, при котором снижаются аккомодационные способности хрусталика и гиперметропия, в которой дефект зрения возникает из-за слабости мышц, удерживающих хрусталик. Эти виды дальнозоркости вызываются разными причинами.

Человека с гиперметропией я в среди одноклассников и друзей не нашел, поэтому экспериментальную проверку перфорационные очки проходили на человеке у которого уже происходят возрастные изменения с органом зрения и считаю, что именно из-за этого чтение в таких очках никаких сколько-нибудь существенных улучшений не выявила.

Таким образом подводя итог выше сказанному можно прийти к такому заключению.

Наша гипотеза о том, что перфорационные очки улучшают зрение подтвердилась частично, а гипотеза о том, что такие очки помогают исправить зрение вовсе не подтвердилась.

Так почему же эти очки набирают такую популярность в последнее время?
Здесь думаю, большую роль играет реклама, которая, как известно двигатель прогресса. Умельцы - маркетологи могут ТАК подать ненужный вам предмет, что вы захотите его купить.
НО, с другой стороны, и это подтвержденный факт.

В 100 % случаев, люди, которым мы предлагали надеть такие очки пусть даже на непродолжительное время, примерно 1-2 минуты, а это были и одноклассники и учителя и родственники, всё без исключения говорила, что глазам сразу стало легче, как будто вы дали вашему органу зрения полноценный получасовой отдых, в тишине, в покое с закрытыми глазами.

Как будто прохладой подуло в жаркий полдень, так охарактеризовала свое ощущение одна учительница. Отсюда следует еще один немаловажный вывод.

В настоящее время, когда потоки информации буквально захлестывают наше общество, а эту информацию мы получаем в большинстве своем через зрение, нагрузка на глаза возрастает многократно. Особенно это касается людей, которые очень много работают (или играют) на компьютере или много пишут или проверяют тетради.

Глазным мышцам нужен отдых, нужно расслабление. Нельзя много часов подряд смотреть на объект, находящийся на одном и том же расстоянии, мышцы от этого слабеют. Вот тут как раз и сыграют свои важную роль перфорационные очки.

Одно из замечаний по поводу очков- тренажёров заключается в том, что поскольку они блокируют часть световых лучей, важно, чтобы рассматриваемый объект был хорошо освещён.

При просмотре телевизора это не проблема, поскольку он создаёт собственное освещение. А при чтении — рядом должен быть хороший светильник.

1. Перышкин. Физика 8. – М. : Просвещение, 2012г.
2. Изергин Э.А Физика 9. М.: Русское слово, 2014г.
3. Батуев А.С. Биология. Человек. – М.: Дрофа, 1999г.
4. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. – М.: Наука, 1986г.
5. Блудов М.И. Беседы по физике М.: Просвещение 1984г.
6. Энциклопедический словарь нового физика  /  сост. В.А. Чуянов.   Педагогика  —  Пресс,  1998г.
7. Ресурсы интернет.