Публикация материалов

Темы исследований

Наш баннер

Мы будем благодарны, если Вы установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннеры...
зрение и физика
Тематика: 
Физика
Автор работы: 
Нурланов Ильяс Эрикович
Руководитель проекта: 
Любавина Светлана Анатольевна
Учреждение: 
ГАПОУ РС(Я) «МРТК» филиал «Удачнинский»
Класс: 
11

В ученическом исследовательском проекте по физике на тему «Зрение с точки зрения физики» автор узнает и разбирается, как устроен глаз, рассматривает глаз и зрение с точки зрения физики. С помощью наблюдений, учащийся школы выясняет, как глаз воспринимает цвета и как работает глаз человека.

Подробнее о работе:


В рамках исследовательской работы по физике о зрении человека с точки зрения физики автор рассмотрел имеющиеся теоретические данные о строении глаза, выяснил, с чем связано приобретение глазом того или иного цвета, изучил принцип работы глаза и определил, каким образом глаз воспринимает цветопередачу предметов, и как видят цвет дальтоники, с чем это связано.

В ходе учебного исследовательского проекта по физике «Зрение с точки зрения физики» учащийся провел эксперимент, в рамках которого изучил, как видит глаз с помощью линзы, лупы и бинокля, привел подробное описание понятия "бинокулярное зрение" и доказал, что человеческий орган "глаз" функционирует по принципу оптического прибора, свойства которого объяснимы с точки зрения физики.

Оглавление

Введение
1. Строение глаза.
2. Цвет глаз.
3. Как глаз воспринимает цвет.
4. Как работает глаз.
5. Глаз как оптический прибор.
5.1 Опыт 1.
5.2 Опыт 2.
5.3 Опыт 3.
Заключение
Список литературы

Введение


Физику всегда интересовало зрение, у многих людей возникает много вопросов. Как устроен глаз? Что происходит с нашими глазами? Как глаз может фокусироваться на разных предметах? Почему глаза разного цвета? Что происходит с глазами, когда мы спим? Во время сна мышцы расслабляются и глаза закатываются вверх – это называется " Феноменом Белла ".

Естественно, во время сна с быстрым движением глаз они бегают из стороны в стороны. Почему после удара головой из глаз сыплются искры? Возможно, феномен искры из глаз, нарушение зрения, возникающее в результате внезапного ускорения или замедления глазного яблока. При внезапном приложении силы к стекловидному телу оно давит на сетчатку, заставляя её слегка морщиться.

Актуальность: Данная тема актуальна всегда, она затрагивает большую часть физики, в глазу происходят много интересных физических явлений так как она затрагивает всех людей, и будет очень интересно узнать о зрении, ведь больше 80% информации мы получаем с помощью глаз.

Цель: узнать и разобраться как устроен глаз, взглянуть на глаз и зрение с точки зрения физики. Понять как глаз воспринимает цвета.

Задачи исследования:

  1. познакомиться с литературными источниками;
  2. провести исследования зрения;
  3. узнать строение глаза;
  4. узнать как видят дальтоники и почему.

Объект исследования: человеческий глаз, зрение.

Метод исследования: Теоретические методы: знакомство с литературными источниками, анализ литературных источников, видеоматериалов и тд. по теме исследования.

План работы:

  1. Выбор темы
  2. Сбор информации (источников по теме).
  3. Обработка сведений, выделение главного, систематизация и обобщение.
  4. Вывод

Строение глаза


Роговица — прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза.

Радужка — по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз. Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок — отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик — «естественная линза» глаза. Он прозрачен, эластичен — может менять свою форму, почти мгновенно «наводя фокус», за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело — гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

физика зрения 1

Строение глаза

Сетчатка — состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета.

Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. У взрослого человека со 100% зрением число колбочек может достигать от 6 до 7 миллионов. Палочек в несколько раз больше.

физика зрения 2

Колбочки и палочки

Различают три вида колбочек:

  • Колбочки S-типа (чувствительны к синему)
  • Колбочки M-типа (чувствительны к зеленому)
  • Колбочки L-типа (чувствительны к красному)

Наличие этих трёх видов колбочек (и палочек, чувствительных в изумрудно-зелёной части спектра) даёт человеку цветное зрение.

В ночное время, когда поток фотонов недостаточен для нормальной работы колбочек, зрение обеспечивают только палочки, поэтому ночью человек не может различать цвета.

Склера — непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка — выстилает задний отдел склеры, ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв — при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Макула является центральной части сетчатки, тонким слоем светочувствительных клеток и нервных волокон. Макула это точка, в которой фокусируется свет, когда мы смотрим на какой-то предмет, она несёт ответственность за острое (детали предметов) и за цветовое зрения.

Цвет глаз


От чего зависит реальный цвет глаз человека? Почему у одних глаза голубые, у других зеленые, а кто-то может похвастаться даже фиолетовыми?

Цвет глаз человека, а точнее цвет радужной оболочки глаз, зависит от 2-ух факторов:

  1. Плотность волокон радужной оболочки.
  2. Распределение пигмента меланина в слоях радужной оболочки.

Меланин – пигмент, определяющий цвет кожи и волос человека. Чем больше меланина, тем темнее кожа и волосы. В радужной оболочке глаза, меланин варьируется от желтого до коричневого и черного цветов. При этом задний слой радужной оболочки всегда черный, за исключением альбиносов.

Синие глаза. Синий цвет получается в связи с малой плотностью волокон внешнего слоя радужки и малым содержанием меланина.

Голубые глаза Голубой цвет получается, если волокна внешнего слоя радужки более плотные, чем в случае с синими глазами, и имеют белесый или сероватый цвет. Чем больше плотность волокон, тем светлее цвет.

Серый цвет. Серый цвет получается подобно голубому, только при этом плотность волокон внешнего слоя ещё выше и их оттенок ближе к серому.

Зелёные глаза. У зеленоглазых людей во внешнем слое радужки распределён жёлтый или светло-коричневый пигмент. А в результате рассеяния синим или голубым цветом получается зелёный.

Карие глаза. Карий цвет глаз получается в результате того, что внешний слой радужки содержит много меланина, поэтому на нём происходит поглощение как высокочастотного, так и низкочастотного света, а отражённый свет в сумме даёт коричневый.

Чёрные глаза. Черный цвет глаз по своей сути является темно-коричневым, но концентрация меланина в радужной оболочке настолько велика, что падающий на неё свет практически полностью поглощается.

Как глаз воспринимает цвет

За восприятие цdета отвечают колбочки. Как я и писал они бывают 3-х видов.

  • Красный (R) с длиной волны 700,0 нм
  • Зелёный (G) с длиной волны 546,1 нм
  • Синий (B) с длиной волны 435,8 нм

Человеческий глаз воспринимает три цвета, остальные это совокупность этих трех. Например, белый свет - это смесь трех главных цветов. Свет, с разной длиной волны по-разному стимулирует разные типы колбочек. Например, жёлто-зелёный свет в равной степени стимулирует колбочки R- и G-типов, но слабее стимулирует колбочки B-типа.

Красный свет стимулирует колбочки R -типа намного сильнее, чем колбочки G-типа, а B-типа не стимулирует почти совсем; зелёно-голубой свет стимулирует рецепторы G-типа сильнее, чем R-типа, а рецепторы B-типа — ещё немного сильнее; свет с этой длиной волны наиболее сильно стимулирует также палочки. Фиолетовый свет стимулирует почти исключительно колбочки B-типа. Мозг воспринимает комбинированную информацию от разных рецепторов, что обеспечивает различное восприятие света с разной длиной волны.

физика зрения 4

Основные цвета глаза

За цветовое зрение человека и обезьян отвечают гены, кодирующие светочувствительные белки опсины. (Опсины — это группа светочувствительных связанных с мембраной рецепторов) Наличие трёх разных белков, реагирующих на разные длины волн, является достаточным для цветового восприятия.

Трёхсоставную теорию цветового зрения впервые высказал в 1756 году М.В. Ломоносов, когда он писал «о трёх материях дна ока». В том случае, если у человека два белка, кодируемые разными генами, оказываются слишком схожи или один из белков не синтезируется, развивается дальтонизм.

Как работает глаз


Зрение человека (зрительное восприятие) способность человека воспринимать информацию путём преобразования энергии электромагнитного излучения светового диапазона, осуществляемая зрительной системой.

Многокомпонентная оптическая система каждого глаза создаёт на сетчатке каждого глаза перевёрнутое на 180° проекцию видимого предмета, далее мозг уже самостоятельно переворачивает изображение. При этом проекции периферического зрения в правом и левом глазе не будут полностью дублироваться из-за различия полей зрения в левой и правой частях каждого глаза.

физика зрения 5

Проекция изображения в глазу

Преломление света в оптической системе называется рефракцией. Учение о рефракции основано на законах оптики, характеризующих распространение света в различных средах.

Глаз, как оптический прибор

Человеческий глаз – сложный оптический прибор…

Сначала, световые лучи проходят через роговицу, прозрачную переднюю стенку глазного яблока, потом через зрачок, затем лучи попадают на хрусталик, именно эта «живая» линза создает изображение на поверхности сетчатки. Этот искусственный хрусталик выглядит так же как и настоящая линза, он прозрачен, эластичен, и может менять форму почти мгновенно наводя фокус.

Восприятие предметов внешнего мира осуществляется глазом путем анализа изображений этих предметов на сетчатой оболочке. Таким образом, в функциональном отношении глаз можно разделить на два основных отдела: светопроводящий и световоспринимающий.

Светопроводящий отдел составляют прозрачные среды глаза:

  • Роговица
  • влага передней камеры
  • хрусталик
  • стекловидное тело.
  • Световоспринимающим отделом является сетчатая оболочка. Изображение предметов внешнего мира воспроизводится на сетчатке с помощью оптической системы светопроводящих сред.

Лучи света, отраженные от рассматриваемых предметов, проходят через четыре преломляющие поверхности:

  • переднюю и заднюю поверхности роговицы,
  • переднюю и заднюю поверхности хрусталика.

При этом каждая из них отклоняет луч от первоначального направления, в результате в фокусе оптической системы глаза образуется действительное, но перевернутое изображение рассматриваемого предмета.

Опыт 1

Возьмем обыкновенную линзу, это будет наш хрусталик, вместо глазных мышц используем резинки, веревки, и т.д.; когда они сокращаются, хрусталик становится выпуклым, предметы в близи становятся четкими, а вдалеке кажутся размытыми, если же мышцы растянутся то сделают нашу линзу плоской.
физика зрения 6физика зрения 7



Ближний и дальний фокус

Способность нашего глаза фокусировать изображение и вдали и вблизи называется аккомодацией.

Когда мы осматриваемся вокруг, хрусталик меняет фокус с близкого на дальний, а вот при просмотре, например телевизора хрусталик неподвижен, ведь он все время сфокусирован на одной плоскости, в результате, мышцы глаза перенапрягаются, а хрусталик искривляется.

Опыт 2


Впервые столкнувшись с таким оптическим прибором, как лупа, сильно удивятся тому, что изображение перевернуто.

При преобразовании световых лучей получается перевернутая картинка, так как собирающая линза делает из двух параллельных лучей два скрещивающихся. Если лучи скрещиваются один раз (при использовании одной линзы), изображение выходит перевернутым.

физика зрения 8

Опыт с лупой

На рисунке наблюдаем физическое явление, и из этого можем понять, что лупа подобна глазу.

Лупа служит хрусталиком, рукоятка глаза это глазные мышцы. На подоконнике стоит предмет (бутылка), лупа создает проекцию бутылки перевернутой, так и хрусталик глаза, в это время мозг получает перевернутое изображение и самостоятельно переворачивает его.

Из этого опыта можем понять, что глаз это сверхмощный оптический прибор, и что некую его подобие можно получить с помощью обычной лупы.

Опыт 3

Эксперименты для бинокулярного зрения.

Бинокулярное зрение — способность видеть обоими глазами единый образ. Оно дает возможность воспринимать окружающую действительность объемно, в 3Д-проекции, что обеспечивает нормальную ориентацию в пространстве. Бинокулярное зрение позволяет человеку видеть только одну картинку, которую передают в мозг оба глаза, несмотря на то, что орган зрения является парным.

При нормальной работе получаемые изображения соединяются в единое целое, без видимых наложений одной картинки В ЭТОЙ СТАТЬЕ Монокулярное и бинокулярное зрение Условия для функционирования бинокулярного зрения. Когда формируется бинокулярное зрение? Способы проверки бинокулярного зрения. Наиболее частые причины нарушения бинокулярного зрения на другую. С помощью листа бумаги можно «обмануть» бинокулярное зрение.

Для этого возьмем лист бумаги и свернем в трубочку, далее она подставляется к правому глазу, через которую человек рассматривает удаленные от него предметы. Левая рука в это время должны быть повернута ладонью к левому глазу. Ее нужно отодвинуть от лица примерно на 15 см. При нормальном зрении получаемые изображения накладываются друг на друга, то есть накладывается «тоннель» на ладонь, в результате чего кажется, что в ней есть отверстие.

физика зрения 9

Бумажная трубочка

Заключение

В ходе исследовательской работы и проекта по физике, на тему «Зрение с точки зрения физики», тема была разобрана и раскрыта в полной мере, возникло убеждение что тема актуальна. По мере исследования большую помощь оказало знания физики. Исследовательская работа помогла понять, как собирать информацию, как ее анализировать и прочее.

В итоге исследовательского проекта, мне все же мне удалось, в какой-то мере достичь поставленных целей, а именно:

Узнал и разобрался в строении глаза и как устроен глаз.

Взглянул на глаз и зрение с точки зрения физики.

Понял как глаз воспринимает цвета.

Провел опыты, и убедился, что глаз это сверхмощный оптический прибор, понял что с помощью знания физики можно увидеть интересные оптические явления.

Для написания данного проекта на тему "Зрение с точки зрения физики" были использованы ресурсы Сети Интернет.


Если страница Вам понравилась, поделитесь ссылкой с друзьями:

Партнеры и статистика