Thí nghiệm quang học bằng mắt

18

Phòng thí nghiệm “Quaita”
hệ thống, nếu không thì không thể điều tiết được: trên võng mạc của mắt 9 hình ảnh của các vật chỉ cách mắt một khoảng nhất định sẽ sắc nét và ảnh của tất cả các vật khác sẽ bị mờ.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thấu kính của mắt chịu trách nhiệm về chỗ ở. Nếu hình ảnh mờ của một vật ở gần xuất hiện trên võng mạc của mắt, tín hiệu tương ứng sẽ truyền qua dây thần kinh thị giác đến não, hình thành ở đó và gửi đến cái gọi là cơ 7, cơ này co lại hoặc giãn ra sẽ thay đổi độ cong của bề mặt thấu kính cho đến khi thu được hình ảnh sắc nét trên võng mạc.

Có thể chứng minh bằng thực nghiệm rằng chính thấu kính thực hiện điều tiết không? Làm thế nào chúng ta có thể chắc chắn rằng sự điều tiết là do sự thay đổi độ cong của bề mặt thấu kính gây ra?

Có lẽ, trước hết, bạn cần đảm bảo rằng ống kính thực sự tồn tại. Hãy lấy một chiếc gương và nhìn vào mắt bạn trong đó. Bạn sẽ dễ dàng tìm thấy trong đó một lớp vỏ dày đặc màu trắng - củng mạc 1, phần chính của lớp vỏ này - giác mạc 2, mống mắt 4 (có vai trò điều chỉnh luồng ánh sáng tạo ra hình ảnh và xác định màu sắc của mắt).

Thảo luận về vấn đề
Đứng trên đầu bút chì nằm cách mắt 15-30 cm, khi đó bạn sẽ nhìn thấy những vật ở xa hơn bị mờ. Chuyển ánh mắt của bạn sang các vật ở xa - đầu bút chì sẽ bị mờ. Rõ ràng là chúng ta không nhận thấy điều này: tất cả những vật mà chúng ta nhìn vào đều có vẻ khá sắc nét đối với chúng ta. Điều này có nghĩa là bản thân mắt, bất kể ý thức của chúng ta, dường như có khả năng điều chỉnh độ sắc nét. Quá trình này được gọi là chỗ ở của mắt. Nó được thực hiện như thế nào?

Hệ thống quang học của mắt (Hình 1) bao gồm giác mạc 2, thủy dịch 3, thấu kính 6 và thể thủy tinh 8. Rõ ràng là mắt có cơ chế điều chỉnh quang học.

19

catcher), cắm 5 - phản hồi trong mống mắt. Nhưng bạn sẽ không nhìn thấy ống kính! Làm thế nào điều này có thể được?

Vì hệ quang học của mắt tạo ra ảnh của các vật trên võng mạc nên chiết suất của các phần tử trong hệ phải khác chiết suất của môi trường. (Và thực tế, theo chiết suất thay đổi của giác mạc, thấu kính, thủy dịch và thể thủy tinh, các tương ứng $n_p = 1,376$, $n_{xp} = 1,386$, $n_{B.x} = n_{c.t} = 1,336$ đều bằng nhau.) Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, ngoài hiện tượng khúc xạ, người ta còn quan sát thấy sự phản xạ ánh sáng. Điều này có nghĩa là nếu bạn đặt một nguồn sáng trước mắt, bạn có thể mong đợi nhìn thấy hình ảnh của nó dưới dạng ánh sáng phản chiếu.

Theo phép tính gần đúng đầu tiên, bề mặt tiếp xúc giữa các môi trường khác nhau trong mắt là các bề mặt hình cầu. Vì vậy, chúng phải hoạt động giống như những tấm gương cầu.

Vì vậy, chúng tôi đi đến kết luận rằng hệ thống quang học của mắt không chỉ tạo ra hình ảnh của một vật thể trên võng mạc mà còn tạo ra một số hình ảnh tương tự do sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt giác mạc và thấu kính. Bằng cách khám phá những hình ảnh này trên hiện trường, bạn sẽ có thể chứng minh sự tồn tại của thấu kính. Và bằng cách kiểm tra sự thay đổi trong những hình ảnh này khi mắt “tiêu điểm”, người ta có thể hiểu được bản chất quang học của sự điều tiết.

bán sỉ người mẫu

Trước khi bạn bắt đầu nghiên cứu thực nghiệm về mắt, hãy thử kích thích giác mạc và thấu kính của nó.

Là mẫu thấu kính của mắt, bạn có thể sử dụng chùm tia kép có độ phóng đại 2-3,5 (được gọi là chùm tia đồng hồ và vẫn có bán ở các cửa hàng ảnh). Ở khoảng cách 10-20 cm so với chùm tia, đặt đèn pin nối với pin. Nhìn vào chùm tia từ phía bóng đèn, bạn sẽ thấy hai hình ảnh của nó.

Hình 2.

Zhenya: thẳng và đảo ngược (Hình 2). Cố gắng di chuyển bóng đèn vuông góc với trục quang của chùm tia - bạn sẽ nhận thấy hình ảnh bị dịch chuyển theo các hướng khác nhau.

Hình 3 biểu diễn đường đi của tia khi ảnh $l_1$ và $l_2$ của một vật bị đảo ngược bởi các bề mặt tia (việc xây dựng được thực hiện mà không tính đến hiện tượng khúc xạ trong tia). Ảnh thẳng đứng $l_1$ được tạo bởi mặt trước 1 của chùm tia, đóng vai trò là gương cầu lồi và ảnh ngược $l_2$ được tạo bởi mặt sau 2, là gương lượn sóng.

Theo quy luật, trong một thử nghiệm, một hình ảnh của một nguồn sẽ lớn hơn hình ảnh kia. Hãy thử giải thích tại sao.

Đối với gương cầu, tất cả sự tương ứng đều đúng như đối với thấu kính mỏng. Độ phóng đại của vật do mặt trước của chùm tia (bằng gương cầu lồi) cho bằng (xem Hình 3)

$$\Gamma_1 = \frac{l_1}{l} = \frac{f_1}{d_1}.$$

Khoảng cách $d_1$ từ vật đến gương -

20

la và khoảng cách $f_1$ từ gương tới ảnh có quan hệ tương ứng

$$\frac{1}{d_1} - \frac{1}{f_1} = -\frac{1}{F_1}.$$

Xét tiêu cự của gương bằng một nửa bán kính cong $R_1$ của mặt cầu thứ nhất của kính lúp, ta thu được

$$\Gamma_1 = \frac{F_1}{F_1 + d_1} = \frac{R_1}{R_1 + 2d_1}.$$

Nếu vật nằm cách gương một khoảng lớn so với bán kính cong của nó ($d_1 \gg R_1$), thì trong mẫu số của công thức trước, số hạng thứ nhất so với số hạng thứ hai có thể bỏ qua và chúng ta có thể giả sử rằng độ phóng đại của gương cầu lồi bằng

$$\Gamma_1 = \frac{R_1}{2d_1}.$$

Tương tự, độ phóng đại của một vật cho bởi mặt sau của kính lúp (lõm, gương) cũng được biểu thị bằng công thức tương tự, chỉ thay vì $R_1$ thì phải có $R_2$, và cùng nhau $d_1 - d_2$:

$$\Gamma_2 = \frac{R_2}{2d_2}.$$

Vì kính lúp là một thấu kính mỏng, nghĩa là độ dày của nó nhỏ so với bán kính cong nên có thể bỏ qua sự khác biệt về khoảng cách $d_1$ và $d_2$. Khi đó đối với độ phóng đại của vật cho bởi bề mặt của kính lúp, ta có

$$\Gamma_1 = \frac{l_1}{l} = \frac{R_1}{2d} \text{ и } \Gamma_2 = \frac{l_2}{l} = \frac{R_2}{2d},$$

trong đó $d = d_1 = d_2$ là khoảng cách từ vật đến kính lúp.

Do đó, nếu hình ảnh $l_1$ và $l_2$ thu được ở các kích thước khác nhau thì bán kính cong của kính lúp cũng khác nhau. Bằng cách đo khoảng cách từ vật đến kính lúp và thay đổi độ phóng đại cho bề mặt của kính lúp, bạn có thể xác định bán kính cong của bề mặt của nó.

Chúng tôi khuyên bạn nên kiểm tra một thí nghiệm khác với mô hình thấu kính của mắt.

Làm một căn phòng hình chữ nhật nhỏ bằng nhựa dẻo; lắp kính lúp vào thành bên của buồng. Nhận hình ảnh lạc đà không bướu đang cháy -

nụ trong ánh sáng phản chiếu từ bề mặt kính lúp và chú ý đến độ sáng của chúng. Bây giờ đổ nước vào máy ảnh - độ sáng của hình ảnh được tạo ra bởi mặt sau của kính lúp khi đó sẽ giảm đi. Hóa ra cường độ ánh sáng phản xạ từ mặt phân cách giữa hai môi trường phụ thuộc vào chiết suất của các môi trường này *). Trong trường hợp này, khi thay không khí bằng nước, cường độ ánh sáng phản xạ giảm đi.

Chúng tôi đã phân tích đầy đủ chi tiết những gì sẽ được quan sát trong ánh sáng phản xạ nếu hệ thống quang học của mắt chỉ bao gồm một tinh thể. Tuy nhiên, mắt cũng có giác mạc và hai khoang chứa đầy dịch nước và thủy tinh thể.

Bạn có thể mô phỏng hoạt động của giác mạc bằng cách đặt trước kính lúp, cách nó 2-4 mm, kính cửa sổ có công suất quang +1 diop (có bán ở tất cả các hiệu thuốc). Hướng ánh sáng từ bóng đèn pin vào hệ thống quang học thu được. Quan sát các dây dẫn từ phía bên của bóng đèn, bạn sẽ thấy bốn hình ảnh của nó, ba hình thẳng và một hình ngược. Xin lưu ý rằng các hình ảnh được hình thành do sự phản chiếu ánh sáng từ bề mặt kính cửa sổ nằm rất gần nhau.

Đổ đầy nước vào khoang giữa kính cửa sổ và kính lúp, cũng như khoang nhựa phía sau kính lúp. Quan sát xem điều này thay đổi độ sáng của hình ảnh được tạo ra bởi các bề mặt hình cầu khác nhau của hệ thống quang học của bạn như thế nào.

Ông khuyên bạn không nên vội vàng trong bất kỳ trường hợp nào khi thiết lập các thí nghiệm mô hình. Bạn thực hiện chúng càng cẩn thận thì bạn càng có ý tưởng tốt hơn về những gì cần được quan sát bằng mắt sống và càng dễ dàng tiết lộ những hình ảnh mong muốn.

*) Tính toán chặt chẽ hệ số phản xạ ánh sáng $k$ từ mặt phân cách của hai môi trường $n_1$ và $n_2$ - chiết suất của hai môi trường biên.