Глаз как приёмник света, дневное и ночное зрение, цветовое зрение, острота зрения

Выполнил: Студент группы 5РЭ51 Гюльмагомедов Марлен

 

Сообщение на тему: 
Глаз как приёмник света, дневное и ночное зрение, цветовое зрение, острота зрения.

Глаз как приёмник света.

 

Мы живем в мире света. Световые потоки от предметов, окружающих нас на Земле, от внеземных источников - Солнца, Луны, звезд и других светил - несут информацию об этих предметах, их взаимном расположении и их движении.

Мы любуемся бесконечным разнообразием окружающего нас мира, богатством цветов, встречающихся в природе и созданных человеком.

Мы улавливаем тончайшие цветовые переходы в заре, в полярных сияниях, на картинах художников.

И все это мы видим и воспринимаем с помощью нашего органа зрения - глаза. Глаз человека является удивительным по своему совершенству органом! Считают, что в наземных условиях с помощью зрения человек получает до 80 - 90% всей информации от внешнего мира. В космосе эта цифра увеличивается до 90 - 95%. По объему и разнообразию поставляемой информации с глазом пока не может сравниться никакой другой приемник света, созданный человеком, например фотоэлементы, фотопластинки и др.

Как же работает глаз? Мы смотрим на окружающий ландшафт. От всех предметов в поле зрения и, более того, от каждой точки предмета исходят разнообразные световые потоки. Попадая на световоспринимающую оболочку глаза - сетчатку, они вызывают ощущение света. В глаз одновременно поступает множество световых потоков с разнообразными свойствами, и глаз должен их "рассортировать", оценить и, в идеале, воссоздать точное подобие наблюдаемых предметов со всеми их геометрическими и оптическими особенностями.

Чем же различаются световые потоки, приходящие от разных предметов? Прежде всего, как сами предметы, так и световые потоки от них различаются геометрическими параметрами. По существу, глазу задается только направление поступающих лучей, образующих телесные углы, под которыми мы видим предметы. Далее, потоки характеризуются яркостью или интенсивностью и спектральным составом. Кроме того, они характеризуются состоянием и степенью поляризации.

 

дневное и ночное зрение

 

На световоспринимающей оболочке глаза - сетчатке имеются два вида светочувствительных элементов: утолщенные и короткие называются колбочками, а более тонкие и длинные - палочками. Колбочки располагаются в основном в центре сетчатки, их число быстро уменьшается к ее периферии. Палочки, наоборот, занимают главным образом периферические части сетчатой оболочки. Колбочек имеется около 7 млн., палочек - 130 млн. Изображение каждого предмета на сетчатке глаза, подобно мозаичной картине, составляется из огромного количества отдельных, точечных ощущений.

Колбочки восприимчивы только к достаточно яркому свету и поэтому работают днем. Палочки способны реагировать только на слабые световые потоки и работают в сумерки и ночью. В сумеречное время частично работают и колбочки.

В соответствии с двумя видами световоспринимающих элементов и их расположением на сетчатке различают дневное зрение (его также называют центральным) и ночное, илипериферическое.

Необходимость в дневном и ночном зрении у человека обусловлена тем, что освещенность земной поверхности и яркость предметов на Земле при смене дня ночью и наоборот изменяются в таких широких пределах, что один зрительный аппарат не в состоянии обеспечить весь этот невероятно большой диапазон. Приведем цифры.

Освещенность летом в дневные часы при больших высотах Солнца может достигать 104 и даже 105 лк, к началу сумерек она составляет около 500 лк, а к концу сумерек в безлунную ночь освещенность уменьшается до 10-4- - 10-5 лк. В соответствии с освещенностью изменяется и яркость окружающих предметов. Таким образом, на протяжении суток освещенность и яркость изменяются в миллиарды раз!

Ни один из созданных человеком к настоящему времени приемников света не может обеспечить восприятие световых потоков в таком диапазоне изменения их яркости. В этом отношении глаз человека является уникальным приемником света.

 

цветовое зрение

 

Остановимся еще на одном, важном для нашей жизни, различии колбочкового и палочкового аппаратов. Колбочки обладают способностью цветового восприятия. Все богатство цветов и красок, имеющееся в природе, все тончайшие переходы от одного цвета к другому мы видим с помощью колбочкового зрения.

Сколько же цветов различает глаз? С детства все знают, что в видимом спектре семь цветов. О порядке расположения цветов говорит известное правило: "Каждый охотник желает знать, где сидят фазаны". В действительности в видимом диапазоне (0,40 -0,76 мкм) заключено бесконечное множество оттенков, так как один цвет постепенно переходит в другой. В различении цветов могут быть большие индивидуальные отклонения у отдельных людей, но в среднем человек с нормальным зрением способен отличить до 350 - 400 цветов и оттенков, т. е. может улавливать изменение длины волны излучения до тысячной доли микрометра.

Палочковое зрение ахроматичное, неокрашенное. Все предметы, воспринимаемые с помощью этого зрения, мы видим однотонными, серо-зелеными. Палочки реагируют лишь на уровень яркости, отмечают, что ярче, т. е. светлее, а что темнее. Ночью мы становимся цветослепыми. Эта особенность ночного зрения нашла отражение в меткой народной пословице: ночью все кошки серые.

Интересно отметить, что на сетчатой оболочке глаза типичных дневных животных, таких, как куры, голуби, имеются только колбочки. Поэтому они хорошо видят днем и перестают видеть в сумерки и ночью. Отсюда пошло название болезни людей, страдающих расстройством палочкового аппарата и потому плохо видящих с наступлением темноты,- "куриная слепота". У типичных ночных животных - сов, летучих мышей - на сетчатке находятся почти одни палочки, и они практически не видят днем.

Наличие на сетчатой оболочке глаза человека и колбочкового и палочкового аппаратов, обеспечивает нам счастливую возможность жить в богатейшем мире цвета и света. Однако не все люди обладают полноценным цветовым зрением. По данным мировой статистики, на земном шаре страдают разного рода расстройствами цветового зрения около 130 млн. человек. Чаще это наблюдается у мужчин - примерно 2% мужчин имеют какие- либо дефекты цветового зрения. У женщин они встречаются сравнительно редко - не более чем у 0,5%. Наиболее распространенной является красно- зеленая слепота, или дальтонизм, при которой не отличают красных тонов от зеленых. Термин "дальтонизм" произошел от фамилии известного химика и физика Дальтона, который, сам страдая этим дефектом зрения, его исследовал.

 

острота зрение

 

Приведем еще несколько пороговых характеристик нашего зрительного аппарата, хотя в их названиях нет слова порог. Это, прежде всего, острота зрения, или разрешающая способность глаза. Обозначим ее V.V = 1/δmin, где δmin" - минимальный разрешаемый угол или минимальный угловой поперечник предмета. Если условия освещения и контраст предметов с фоном достаточны, среднее значение δmin составляет 1 - 2'. Поясним эти цифры. Предмет, угловой поперечник которого больше '1, мы видим как протяженный предмет, меньше 1' - как точку. В достаточно темную ночь две близкие звезды или два огня мы видим каждый в отдельности (разрешаем их), если угол между ними больше 1', если угол меньше 1', то они сливаются в одну звезду или в один огонь. Под углом в 1' видна булавочная головка с расстояния около 3 м. Встречаются люди с необыкновенно зорким зрением, которые глазами видели то, что видно только в телескоп, например спутники Юпитера, близкие двойные звезды. Еще до изобретения телескопов некоторые люди различали так называемые "рога" Венеры, когда она видна в виде узкого серпа. Уже в сочинениях древних авторов встречаются изображения Венеры в виде двурогой человеческой фигуры.

С уменьшением освещенности, например с наступлением ночи, минимальный разрешаемый угол увеличивается, а острота зрения уменьшается. Если днем можно увидеть объект с поперечником в 1', то ночью плохо виден объект с поперечником в 1°.

Для сравнения скажем, что минимальный угол, разрешаемый в хорошие современные телескопы, имеет порядок 0,12". Как вы думаете, какой должна быть минимальная ширина объектов на Марсе, называемых иногда "каналами", чтобы их можно было увидеть в телескоп в моменты противостояния Земли и Марса, когда расстояние между ними составляет 78-106 км? Оказывается, не менее 47 км! Вряд ли эти образования можно назвать "каналами" в нашем земном понимании.

Наш глаз как приемник света отличается малой инерционностью. Промежуток времени между воздействием света на сетчатку и возникновением соответствующего зрительного ощущения называется постоянной времени ощущения. Она колеблется в пределах 0,02 - 0,2 с, что совсем немного, учитывая, что глаз одновременно воспринимает большой объем информации.