добра фізика 3: Око

Око – вікно людського тіла

Матінка – природа нагородила нас великим дарунком – оком, адже бачити світ – велике щастя. Зір дає людині можливість отримувати 85 % інформації. Великий вчений, мислитель, винахідник, митець Леонардо да Вінчі говорив наступне:

« Око є вікном людського тіла, через котре він споглядає на свою дорогу і насолоджується красою світу… Воно виміряло висоту та величину світил, воно відкрило стихії…, воно породило архітектуру, перспективу та божественний живопис. Воно рухає людей зі сходу на захід, воно винайшло мореплавство, відкрило вогонь і отримало те, що забирає у нього темряву.»

Захоплення перед відомим інструментом людського тіла – оком – продовжується і нині.

Якою є будова людського ока?

Око має майже кулеподібну форму, діаметром d ≈ 2,5см.

Ззовні воно оточене білковою оболонкою – склерою, котра лише спереді переходить у прозору рогівку.

З внутрішньої сторони до склери прилягає судинна оболонка, котра в передній частині ока переходить в райдужну ( колір якої у різних людей – різний ).

Посередині райдужної оболонки є отвір – зіниця, діаметр якої змінюється в залежності від величини світлового потоку, котрий попадає в око.

До судинної оболонки прилягає сітківка ока, котра є приймачем променистої енергії. Вона виконує таку ж роль, як і фотоплівка в фотоапараті.

Світлочутливими елементами сітківки є закінчення волокон зорового нерва, котрі розділяються на два види – колбочки і палочки. Загальне число колбочок в людському оці ≈7млн, а палочок – близько 130 млн. Палички і колбочки розміщено по поверхні сітківки нерівномірно.

Посередині сітківки знаходиться заглиблення овальної форми – жовта пляма – площею ~0,5 мм². Це місце характеризується найбільш чітким баченням ( там розміщено виключно колбочки кількістю понад 4 000 шт.).

На сітківці є місце, де повністю відсутні палочки і колбочки – його називають сліпою плямою ( це місце входження зорового нерва в очне яблуко ).

За зіницею розміщено пружнє тіло, котре по формі нагадує лінзу і називається кришталиком. Кришталик має шарувату структуру та може деформуватися під дією ціліарного м’яза, змінюючи свою кривизну, а отже і оптичну силу. Цей процес називається акомодацією і забезпечує можливість отримання на сітківці чітких зображень різновіддалених об’єктів.

Конструкція ока є настільки досконалою, що достатньо 5-10 квантів, котрі зафіксує око людини.

Фоторецептори нашого ока мають чудову адаптацію – вони здатні змінювати свою чутливість в залежності від величини світлового потоку. На сьогодні жоден технічний пристрій не володіє такою дивовижною чутливістю.

Вражають рекорди нашого ока:

Нормальне око розрізняє точки, між якими центральний кут 1´.

Лише кілька фотонів світла достатньо для роботи ока.

Поле бачення 150˚ по горизонталі, 120˚ - по вертикалі.

Око змінює свою чутливість у 10¹⁶ раз.

Зображення зберігається в мозку 0,25с, тому око постійно стрибкоподібно рухається, якщо його зафіксувати, то ми нічого не побачимо.

Виміри показали, що наші палочки чутливі до світла від 300 до 740 нм і могли би сприймати ультрафіолет.

У палочках є лишн один варіант родопсину, а колбочки мають три варіанти родопсину, які поглинають хвилі 562, 500, 449 нм. Це дає змогу через комбінацію їх сигналів сприймати усе різноманіття кольорової гами довкілля (сприймаємо понад 160 відтінків).

Оптична сила ока складає порядку 70 дптр. Більше половини припадає на рогівку, 3-5 дптр мають разом рідина передньої камери і скловидне тіло, решта – кришталик.

Око крокодила.

Для порівняння, орган зору тварин відрізняються не лише по формі та кольору, але і по функційних можливостях. Хижаки орел та яструб мають непропорційно велике око, тому здатні розрізняти з великої висоти малі рухомі предмети; гримуча змія бачить в інфрачервоному світлі, а очі жаб – це «жива» ЕОМ, котре збудовано так, що не помічає нерухомі несуттєві частини зображення – наприклад тінь від дерева, але моментально реагує на рух комах.