Человеческий глаз и дефекты зрения - близорукость, дальнозоркость и астигматизм

Глаз — один из самых удивительных и сложных органов человеческого тела. Он позволяет нам воспринимать окружающий мир, обнаруживая свет и преобразуя его в сигналы, понятные мозгу. Понимание того, как работает глаз и распространенные дефекты зрения, такие как миопия, гиперметропия и астигматизм, может помочь нам понять науку об оптике и важность корректирующих линз. В этом уроке рассматриваются эти концепции подробно, предоставляя простое объяснение каждой темы.

Строение человеческого глаза

Человеческий глаз приблизительно сферический и имеет несколько частей, которые работают вместе, чтобы помочь нам видеть. Вот основные части человеческого глаза:

• Роговица: Роговица — это прозрачная, куполообразная внешняя поверхность, покрывающая переднюю часть глаза. Она помогает фокусировать свет на сетчатке.
• Хрусталик: Хрусталик расположен за радужкой и зрачком. Он изменяет форму, чтобы фокусировать свет на сетчатке.
• Сетчатка: Сетчатка — это тонкий слой ткани, выстилающий заднюю часть глаза. Она содержит фоторецепторные клетки, которые преобразуют свет в электрические сигналы.
• Радужка: Радужка — это цветная часть глаза. Она контролирует размер зрачка и, следовательно, количество света, попадающего в глаз.
• Зрачок: Зрачок — это черное круглое отверстие в центре радужки, через которое свет попадает в глаз.
• Зрительный нерв: Зрительный нерв передает визуальную информацию от сетчатки к мозгу.

Как свет и оптика работают в глазу

Когда свет попадает в глаз, он сначала проходит через роговицу, которая изгибает или преломляет свет, помогая ему фокусироваться. Затем свет проходит через зрачок, который является крошечным отверстием, управляемым радужкой. Радужка регулирует размер зрачка, чтобы контролировать количество света, попадающего в глаз. После прохождения через зрачок свет проходит через хрусталик. Хрусталик дополнительно фокусирует свет и направляет его на сетчатку.

В сетчатке есть два типа фоторецепторных клеток: палочки, которые отвечают за видение в слабом освещении, и колбочки, которые отвечают за видение цвета. Эти клетки преобразуют свет в электрические сигналы, которые передаются в мозг через зрительный нерв. Мозг обрабатывает эти сигналы и создает изображения, которые мы видим.

Выше приведено изображение, показывающее, как свет фокусируется хрусталиком на сетчатке глаза.

Распространенные дефекты зрения

Близорукость (миопия)

Миопия, также известная как близорукость, — это распространенный дефект зрения, при котором люди могут четко видеть близкие объекты, но дальние объекты кажутся размытыми. Это происходит, когда глаз слишком длинный или роговица имеет слишком большое искривление. В результате свет фокусируется перед сетчаткой, а не прямо на ней.

Когда человек, страдающий близорукостью, пытается смотреть на дальние объекты, они кажутся размытыми, потому что световые лучи сходятся до того, как достигнут сетчатки.

Выше приведено изображение, показывающее фокусировку света перед сетчаткой, что характерно для близорукости.

Вогнутые линзы используются для коррекции близорукости. Вогнутые линзы тонкие в центре и толстые по краям. Они рассеивают световые лучи наружу, прежде чем они попадают в глаз, заставляя их сходиться прямо на сетчатке. Фокусное расстояние линзы, используемой для коррекции близорукости, определяется по формуле:

        1/f = 1/v - 1/u
    

где f — фокусное расстояние, v — расстояние от линзы до сетчатки, а u — расстояние от объекта до линзы.

Гиперметропия (дальнозоркость)

Гиперметропия или дальнозоркость — это дефект зрения, при котором дальние объекты кажутся четкими, но близкие объекты размыты. Этот дефект возникает, когда глаз слишком маленький или роговица имеет слишком малое искривление. В результате свет фокусируется за сетчаткой, а не прямо на ней.

Люди с гиперметропией видят близкие объекты размыто, потому что их глаза не могут сфокусировать свет прямо на сетчатке.

Выше приведено изображение, показывающее фокусировку света за сетчаткой, что характерно для гиперметропии.

Для коррекции гиперметропии используются выпуклые линзы. Выпуклые линзы толстые в центре и тонкие по краям. Они изгибают световые лучи внутрь, прежде чем они попадают в глаз, позволяя им сфокусироваться прямо на сетчатке. Формула, используемая для определения фокусного расстояния для выпуклой линзы, такова:

        1/f = 1/v - 1/u
    

где f — фокусное расстояние, v — расстояние от линзы до сетчатки, а u — расстояние от объекта до линзы.

Астигматизм

Астигматизм — это дефект зрения, вызванный неправильной формой роговицы или хрусталика. Вместо того чтобы быть симметричным и гладким, роговица или хрусталик имеют неправильную кривизну, что вызывает искажение или размытость зрения на любом расстоянии. Эта неправильная форма препятствует правильной фокусировке света на сетчатке.

Люди с астигматизмом испытывают искажения или размытость зрения, потому что их глаза не могут равномерно сфокусировать свет на сетчатке.

Картинка показывает искажение света в глазах, пораженных астигматизмом.

Астигматизм можно корректировать специальными цилиндрическими линзами, которые компенсируют неправильную кривизну роговицы или хрусталика. Эти линзы помогают равномерно фокусировать свет на сетчатке. Кроме того, для людей, страдающих как астигматизмом, так и миопией или гиперметропией, могут использоваться торические линзы, тип контактных линз с разной оптической силой и фокусным расстоянием в двух ориентациях.

Заключение

В заключение, человеческий глаз — это замечательный оптический инструмент, отвечающий за нашу способность видеть окружающий мир. Понимание того, как он работает, и распространенные дефекты зрения, такие как миопия, гиперметропия и астигматизм, углубляют наше понимание оптики и подчеркивают важность корректирующих линз. Корректируя эти дефекты зрения с помощью тщательных оптических настроек, люди с несовершенным зрением могут испытывать более точное и ясное восприятие окружающей их среды. Это понимание закрывает разрыв между сложной биологической структурой и принципами физики, связанными со светом и оптикой.

Комментарии