Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика

Подождите немного. Документ загружается.

441

13.8. Ðàäèóñû ñâåòëûõ êîëåö Íüþòîíà â ïðîõîäÿùåì ñâåòå îïðåäåëÿ-

þòñÿ ôîðìóëîé:

à)

;

rkR

= â) 2;

rkR

= ä)

(1).

rkR=+λ

á)

(1);

rkR

=+ ã)

(2 1) ;

rkR

13.9. Óñëîâèå ìèíèìóìà â ñëó÷àå äèôðàêöèè îò îäíîé ùåëè ïðè íîð-

ìàëüíîì ïàäåíèè íà íåå ïàðàëëåëüíîãî ïó÷êà ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà:

à)

sin ( 1) ;

α=± + ã)

sin ;

α=±

á) sin (2 1) ;akα=± + λ ä)

sin 2 .

α=±

â)

sin (2 1) ;

α=± +

13.10. Óñëîâèå ãëàâíûõ ìàêñèìóìîâ äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè:

à) sin ;ckα=± λ ã)

sin (2 1) ;

α=± +

á) tg (2 1) ;ckα=± + λ ä) cos (2 1) .ckα=± + λ

â) tg 2 ;ckα=± λ

13.11. Ïðåäåë ðàçðåøåíèÿ ìèêðîñêîïà (ïðè îòðàæåíèè ñâåòà îò îáúåê-

òà) ïðè íàêëîííîì ïàäåíèè ñâåòà íà îáúåêò:

à)

;

sin

â)

0,5 ;

cos

ä)

cos

á)

0,5 ;

sin

ã) 0,5 ;

sin

13.12. Çàêîí ïîãëîùåíèÿ ñâåòà Áóãåðà—Ëàìáåðòà èìååò âèä (I — èí-

òåíñèâíîñòü ïðîøåäøåãî ñâåòà; I

— èíòåíñèâíîñòü ïàäàþùåãî ñâåòà):

à)

exp ( );II l=χâ)

;

II= ä)

cos .II=α

á)

exp ( );II l=−χã)

exp ( );II l=−χ

13.13. Çàêîí ïîãëîùåíèÿ ñâåòà â ðàñòâîðàõ (çàêîí Áóãåðà—Ëàìáåð-

òà—Áåðà) èìååò âèä:

à)

exp ( );II l=χ â)

exp ( );II cl=−εä)

exp ( ).II cl=ε

á)

;

II= ã)

cos ;II=α

13.14. Ñîãëàñíî çàêîíó Ìàëþñà, èíòåíñèâíîñòü ïëîñêîïîëÿðèçîâàí-

íîãî ñâåòà I

, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ïîëÿðèçàòîð, ñîñòàâëÿåò:

à)

exp ( );II cl=−εâ)

cos ;II=α ä)

II=

á)

exp ( );II l=−χã)

cos ;

II=α

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

442

13.15. Èíòåíñèâíîñòü åñòåñòâåííîãî ñâåòà I

åñò

, ïðîøåäøåãî ÷åðåç äâà

ïîñëåäîâàòåëüíî ðàñïîëîæåííûõ ïîëÿðèçàòîðà, ñîñòàâëÿåò:

à)

ест

cos ;II=α ã)

ест

cos ;

II=α

á)

ест

exp ( );II l=−χ ä)

ест

II=

â)

ест

exp ( );II cl=−ε

13.16. Çàêîí Áðþñòåðà èìååò âèä:

à)

cos ;in= â)

sin ;in= ä)

tg .in=

á)

sin ;in= ã)

tg ;in=

13.17. Óãîë ïîâîðîòà ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè â ðàñòâîðå îïòè÷åñêè

àêòèâíîãî âåùåñòâà ñîñòàâëÿåò:

à)

[];clα= α ã) tg ;cα=

á)

cos ;α=α ϕ ä)

[]exp( ).clα= α −

â)

exp ( );clα=α −ε

13.18. Çàêîí Ñòåôàíà—Áîëüöìàíà äëÿ àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà èìååò

âèä:

à)

;RT=σ â)

();RkT=σ ä)

.RkT=σ

á)

;RT=σ ã)

;RT=σ

13.19. Çàêîí ñìåùåíèÿ Âèíà (ïåðâûé çàêîí Âèíà) èìååò âèä:

à) λ

max

= 6,63•10

–34

ì•Ê

;ã) σT

= 1,29•10

–5

ì•Ê

;

á) λ

max

T = 2,9•10

–3

ì•Ê; ä) kσT

= 1,38•10

–23

ì•Ê.

â) λ

max

T = 8,31 ì•Ê;

13.20. Âòîðîé çàêîí Âèíà èìååò âèä:

à)

max

ε=σλ

â)

max

ε=σλ

ä)

max 2

.cT

ε=σλ

á)

max

ε=σ

ã)

max 2

;cT

ε=

Ãëàâà 13. Îïòèêà

Ãëàâà 14

ÁÈÎÔÈÇÈÊÀ ÇÐÅÍÈß

Ãëàç ÷åëîâåêà ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêèì ïðèáîðîì. Íåñìîòðÿ íà âñþ

ñëîæíîñòü, îñíîâíûå ïðèíöèïû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ åãî ñâåòî-

ïðîâîäÿùåé ñèñòåìû ìîãóò áûòü îïèñàíû çàêîíàìè ãåîìåòðè÷å-

ñêîé îïòèêè. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ìåõàíèçì ãåíåðàöèè çðèòåëüíîãî

îùóùåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ôîòîáèîëîãè÷åñêèì ïðîöåññîì. Ïîýòîìó èçó-

÷åíèå ñâåòîïðåîáðàçóþùåé ñèñòåìû ãëàçà òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ çà-

êîíîâ âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì, à òàêæå àïïàðàòîâ êâàí-

òîâîé ìåõàíèêè è êâàíòîâîé áèîôèçèêè.

Ôàðìàöåâòàì è ìåäèêàì íåîáõîäèìî ïîíèìàíèå ýòèõ âîïðîñîâ,

òàê êàê ïðè ëå÷åíèè öåëîãî ðÿäà ãëàçíûõ áîëåçíåé èñïîëüçóþòñÿ

íå òîëüêî õèðóðãè÷åñêèå, íî è ìåäèêàìåíòîçíûå ìåòîäû, ïðèìåíå-

íèå êîòîðûõ, îñîáåííî íà ðàííèõ ñòàäèÿõ çàáîëåâàíèé, ïîçâîëÿåò

èñêëþ÷èòü íåîáõîäèìîñòü õèðóðãè÷åñêîãî âìåøàòåëüñòâà.

§ 14.1. ÎÏÒÈ×ÅÑÊÀß ÑÈÑÒÅÌÀ ÃËÀÇÀ ×ÅËÎÂÅÊÀ

Ãëàç èìååò íå ñîâñåì ïðàâèëüíóþ ñôåðè÷åñêóþ ôîðìó. Åãî

âåðòèêàëüíûé, ãîðèçîíòàëüíûé è îñåâîé (ïåðåäíåçàäíèé) ðàçìå-

ðû ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî 23,4; 23,6 è 24,3 ìì. Ñâåò ïîïàäàåò â ãëàç

÷åðåç ðîãîâèöó. Ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ åå âåùåñòâà 1,376, ðàäèóñ

êðèâèçíû ïåðåäíåé ïîâåðõíîñòè 7,7, çàäíåé — 6,8 ìì. Ýòà ÷àñòü

ãëàçà îáëàäàåò íàèáîëüøèìè ïðåëîìëÿþùèìè ñâîéñòâàìè: îïòè-

÷åñêàÿ ñèëà åå ïåðåäíåé ïîâåðõíîñòè — 50 äïòð. Çà ðîãîâèöåé íà-

õîäèòñÿ õðóñòàëèê, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé äâîÿêîâûïóêëóþ ëèí-

çó ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû ïåðåäíåé ïîâåðõíîñòè 10, çàäíåé — 6 ìì.

Õðóñòàëèê ñîñòîèò èç ïëàñòèí÷àòûõ ñëîåâ, íåîäèíàêîâûõ êàê ïî

ðàäèóñó êðèâèçíû, òàê è ïî ïîêàçàòåëþ ïðåëîìëåíèÿ. Îáùèé ïî-

êàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âåùåñòâà õðóñòàëèêà 1,414—1,424, îïòè÷å-

ñêàÿ ñèëà â íàèáîëåå óïëîùåííîì ñîñòîÿíèè 19,1 äïòð. Ïðîñòðàí-

ñòâî ìåæäó ðîãîâèöåé è õðóñòàëèêîì çàïîëíåíî âîäÿíèñòîé âëàãîé,

444

à âíóòðåííÿÿ ÷àñòü ãëàçà — ñòåêëîâèäíûì òåëîì — ïðîçðà÷íîé ãå-

ëåîáðàçíîé ìàññîé, ñîñòîÿùåé èç âíåêëåòî÷íîé æèäêîñòè ñ êîë-

ëàãåíîì è ãèàëóðîíîâîé êèñëîòîé â êîëëîèäíîì ðàñòâîðå. Âîäÿ-

íèñòàÿ âëàãà è ñòåêëîâèäíîå òåëî èìåþò ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ

1,336.

Âíóòðåííèé ñëîé ãëàçà, ñîäåðæàùèé çðèòåëüíûå ýëåìåíòû (ñì.

íèæå), íàçûâàåòñÿ ñåò÷àòêîé. Ê ñåò÷àòêå ïîäõîäèò çðèòåëüíûé

íåðâ, îòâîäÿùèé íåðâíûå èìïóëüñû â çðèòåëüíûé öåíòð ãîëîâ-

íîãî ìîçãà. Â îáëàñòè ïðèìûêà-

íèÿ çðèòåëüíîãî íåðâà ê ñåò÷àòêå

íàõîäèòñÿ ñëåïîå ïÿòíî, íå÷óâñò-

âèòåëüíîå ê ñâåòó, à â ñåðåäèíå

ñåò÷àòêè — îáëàñòü, ãäå îñòðîòà

çðåíèÿ ïðè äíåâíîì îñâåùåíèè

ìàêñèìàëüíà — æåëòîå ïÿòíî.

×åðåç ãåîìåòðè÷åñêèé öåíòð ðî-

ãîâèöû è õðóñòàëèêà ïðîõîäèò ãëàâ-

íàÿ îïòè÷åñêàÿ îñü ÎÎ, à ÷åðåç

öåíòð õðóñòàëèêà è æåëòîå ïÿòíî —

çðèòåëüíàÿ îñü Î'Î' (ðèñ. 14.1.1). Çðèòåëüíàÿ îñü ñîâïàäàåò ñ íàïðàâ-

ëåíèåì íàèëó÷øåé ñâåòî÷óâñòâèòåëüíîñòè. Óãîë ìåæäó ãëàâíîé îï-

òè÷åñêîé è çðèòåëüíîé îñÿìè ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 5°.

Ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà è âíóòðåííåé ñðåäû ãëàçà íå

ðàâíû. Èç ýòîãî âûòåêàåò ñëåäóþùåå:

1. Ôîêóñíûå ðàññòîÿíèÿ f

è f

íå ðàâíû (ðèñ. 14.1.2). Äëÿ ñôåðè-

÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ôîêóñíûå ðàññòîÿíèÿ êàê ñî ñòîðîíû ïðåäìåòîâ,

òàê è ñî ñòîðîíû èçîáðàæåíèÿ ìîãóò áûòü âû÷èñëåíû ïî ôîðìóëå:

−

(14.1.1)

Ðèñ. 14.1.1. Ïîëîæåíèå ãëàâíîé îï-

òè÷åñêîé ÎÎ è çðèòåëüíîé Î'Î' îñåé

Ðèñ. 14.1.2. Îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ãëàçà:

è F

— ôîêóñû; f

è f

— ôîêóñíûå ðàññòîÿíèÿ; H

è H

— ãëàâíûå òî÷-

êè; N

è N

— óçëî-âûå òî÷êè. Ðàññòîÿíèÿ äàíû â ìì

Ãëàâà 14. Áèîôèçèêà çðåíèÿ

445

ãäå n

— ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ïåðâîé ñðåäû (èç êîòîðîé èñõî-

äÿò ïàðàëëåëüíûå ëó÷è); n

— ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âòîðîé ñðå-

äû; R — ðàäèóñ êðèâèçíû ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà äâóõ ñðåä. Ñîîòâåò-

ñòâåííî îïòè÷åñêàÿ ñèëà ñôåðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ðàâíà

fnR

−

(14.1.2)

Îïòè÷åñêàÿ ñèëà ëèíçû ñ äâóìÿ ïðåëîìëÿþùèìè ïîâåðõíîñ-

òÿìè:

12 12

DD D DD

=+−

(14.1.3)

ãäå D

è D

— îïòè÷åñêàÿ ñèëà ïåðåäíåé è çàäíåé ïîâåðõíîñòåé

ëèíçû ñîîòâåòñòâåííî; d — ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè

; n — ïîêàçà-

òåëü ïðåëîìëåíèÿ çàêëþ÷åííîé ìåæäó íèìè ñðåäû.

2. Ãëàâíûå ïëîñêîñòè îïòè÷åñêîé ñèñòåìû ãëàçà, ïåðïåíäèêó-

ëÿðíûå ãëàâíîé îïòè÷åñêîé îñè è ïðîõîäÿùèå ÷åðåç ãëàâíûå òî÷-

êè Í

è Í

(ðèñ. 14.1.2), íå ñîâïàäàþò. Í

è Í

— ýòî òî÷êè, äëÿ

êîòîðûõ ëèíåéíîå óâåëè÷åíèå

Г1,

==+

(14.1.4)

ãäå à

— ðàññòîÿíèå îò ïðåäìåòà äî ëèíçû; à

— ðàññòîÿíèå îò ëèíçû

äî èçîáðàæåíèÿ (ðèñ. 14.1.3).

3. Ñ ãëàâíûìè ïëîñêîñòÿìè íå ñîâïàäàþò ïëîñêîñòè, ïåðïåí-

äèêóëÿðíûå ãëàâíîé îïòè÷åñêîé îñè è ïðîõîäÿùèå ÷åðåç óçëîâûå

òî÷êè N

è N

(ðèñ. 14.1.2).

Äëÿ ýòèõ òî÷åê óãëîâîå óâå-

ëè÷åíèå

(14.1.5)

ãäå ϕ

— óãîë ðàñêðûòèÿ ïó÷-

êà ëó÷åé òî÷êè ïðåäìåòà; ϕ

—

óãîë ðàñêðûòèÿ ïó÷êà ëó÷åé

äëÿ ñîïðÿæåííîé òî÷êè èçîáðàæåíèÿ (ðèñ. 14.1.3).

Ãëàç èìååò ÷åòûðå ïðåëîìëÿþùèå ïîâåðõíîñòè, îáðàçîâàííûå

ðîãîâèöåé, âîäÿíèñòîé âëàãîé è õðóñòàëèêîì. Ñíàðóæè ýòà îïòè-

Íàëè÷èåì ðàññòîÿíèÿ d â óðàâíåíèè äëÿ ñóììàðíîé îïòè÷åñêîé ñèëû äâóõ

ïðåëîìëÿþùèõ ïîâåðõíîñòåé îáúÿñíÿåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî îäíîìó è òîìó æå áëèçî-

ðóêîìó ÷åëîâåêó, êàê ïðàâèëî, âûïèñûâàþò ðîãîâè÷íûå êîíòàêòíûå ëèíçû ñ ìåíü-

øåé îïòè÷åñêîé ñèëîé, ÷åì î÷êè, òàê êàê ëèíçû ðàñïîëàãàþòñÿ áëèæå ê ãëàçó,

è êîýôôèöèåíò d óìåíüøàåòñÿ.

Ðèñ. 14.1.3. Ê îïðåäåëåíèþ ëèíåéíîãî

è óãëîâîãî óâåëè÷åíèé

§ 14.1. Îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ãëàçà ÷åëîâåêà

446

÷åñêàÿ ñèñòåìà îãðàíè÷åíà âîçäóõîì, èçíóòðè — ñòåêëîâèäíûì

òåëîì. ×àñòî äëÿ óïðîùåíèÿ âû÷èñëåíèé âñþ îïòè÷åñêóþ ñèñòåìó

ãëàçà ïðåäñòàâëÿþò ëèíçîé, êîòîðàÿ ñî ñòîðîíû ïðîñòðàíñòâà ïðåä-

ìåòîâ îêðóæåíà âîçäóõîì, à ñî ñòîðîíû ïðîñòðàíñòâà èçîáðàæå-

íèé — æèäêîñòüþ ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ 1,336, ãëàâíûå H

è óçëîâûå N

, N

òî÷êè ñîâìåùàþò. Îïòè÷åñêàÿ ñèëà òàêîé

ñèñòåìû ñîñòàâëÿåò 58,6 äïòð, à ñàìà ñèñòåìà íàçûâàåòñÿ ïðèâåäåí-

íûì ðåäóöèðîâàííûì ãëàçîì.

×åì äàëüøå ïðåäìåò óäàëåí îò ãëàçà, òåì ìåíüøå åãî èçîáðàæå-

íèå íà ñåò÷àòêå. Ïðîâåäåì ÷åðåç êðàéíèå òî÷êè ïðåäìåòà ÀÂ, èìå-

þùåãî ðàçìåð H, è ñîâìå-

ùåííóþ óçëîâóþ òî÷êó N

ëó÷è (ðèñ. 14.1.4). Ïåðåñå-

÷åíèå èõ ñ ñåò÷àòêîé äàñò

äåéñòâèòåëüíîå, îáðàòíîå,

óìåíüøåííîå èçîáðàæåíèå

ïðåäìåòà ðàçìåðîì h, âåëè-

÷èíà êîòîðîãî

tg ,hl

(14.1.6)

ãäå l — ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîâïàäàþùåé óçëîâîé òî÷êîé N è ñåò÷àò-

êîé. Åñëè óãîë çðåíèÿ β ìåæäó ëó÷àìè ìàë, òî

tg .β≈β

Ïîëó÷àåì

. (14.1.7)

Ðàçìåð ïðåäìåòà H

,HL

(14.1.8)

ãäå L — ðàññòîÿíèå îò ïðåäìåòà äî ãëàçà.

Òîãäà èç ôîðìóë (14.1.7) è (14.1.8) ïîëó÷àåì:

(14.1.9)

Èç âûðàæåíèÿ (14.1.9) âèäíî, ÷òî èç èçâåñòíîãî ðàññòîÿíèÿ äî

ïðåäìåòà ìîæíî îïðåäåëèòü ðàçìåð ïîñëåäíåãî, è, íàîáîðîò, èç

èçâåñòíîãî ðàçìåðà ïðåäìåòà ìîæíî îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî íåãî.

Íàèìåíüøèé óãîë çðåíèÿ β, ïðè êîòîðîì ÷åëîâåê åùå ñïîñî-

áåí âèäåòü îòäåëüíî äâå ðàçëè÷íûå òî÷êè ïðåäìåòà (óãëîâàÿ ðàçðå-

øàþùàÿ ñïîñîáíîñòü), ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî îäíó ìèíóòó. Ïðè ðàñ-

ïîëîæåíèè ïðåäìåòà íà ðàññòîÿíèè 25 ñì ëèíåéíàÿ ðàçðåøàþùàÿ

ñïîñîáíîñòü ÷åëîâå÷åñêîãî ãëàçà ñîñòàâëÿåò 70 ìêì, à ðàçìåð èçîá-

ðàæåíèÿ ýòèõ òî÷åê íà ñåò÷àòêå — 5 ìêì, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ðàâ-

íî ñðåäíåìó ðàññòîÿíèþ ìåæäó êîëáî÷êàìè (ñì. íèæå).

Èç ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè (ñì. § 13.1) èçâåñòíî, ÷òî ïðè ðàâ-

íûõ ïîêàçàòåëÿõ ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû ñ îáåèõ ñòîðîí ëèíçû ñïðà-

âåäëèâî ñîîòíîøåíèå

Ðèñ. 14.1.4. Ïîñòðîåíèå èçîáðàæåíèÿ h ïðåä-

ìåòà H íà ñåò÷àòêå ãëàçà

Ãëàâà 14. Áèîôèçèêà çðåíèÿ

447

(14.1.10)

Ïîýòîìó äëÿ ïîëó÷åíèÿ ÷åòêîãî èçîáðàæåíèÿ ðàçëè÷íî óäà-

ëåííûõ ïðåäìåòîâ äîëæíî èçìåíÿòüñÿ ëèáî ðàññòîÿíèå à

(ðèñ. 14.1.3), ëèáî ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå f

(ðèñ. 14.1.2). Â ãëàçå ÷å-

ëîâåêà ðåàëèçóåòñÿ ïîñëåäíèé ñïîñîá. Âîçìîæíîñòü ôîêóñèðîâà-

íèÿ íà ñåò÷àòêå èçîáðàæåíèé ðàçëè÷íî óäàëåííûõ ïðåäìåòîâ çà

ñ÷åò èçìåíåíèÿ êðèâèçíû õðóñòàëèêà, îñîáåííî åãî ïåðåäíåé ïî-

âåðõíîñòè, íàçûâàåòñÿ à ê ê î ì î ä à ö è å é. ×åì áëèæå ðàñïîëî-

æåí ïðåäìåò, òåì áîëüøå äîëæíà áûòü êðèâèçíà õðóñòàëèêà è åãî

îïòè÷åñêàÿ ñèëà.

Õðóñòàëèê çàêëþ÷åí â êàïñóëó, êîòîðàÿ ïî êðàÿì ïåðåõîäèò

â âîëîêíà öèëèàðíîé ñâÿçêè. Ýòè âîëîêíà âñåãäà íàòÿíóòû. Ïîýòî-

ìó â ðàññëàáëåííîì ñîñòîÿíèè õðóñòàëèê ìàêñèìàëüíî ðàñòÿíóò,

è åãî îïòè÷åñêàÿ ñèëà ìèíèìàëüíà. Â ýòîì ñîñòîÿíèè ãëàç ñïîñî-

áåí ðàçëè÷àòü ïðåäìåòû, íàõîäÿùèåñÿ òîëüêî íà î÷åíü äàëåêîì

ðàññòîÿíèè — «íà áåñêîíå÷íîñòè». Ìåõàíè÷åñêîå íàïðÿæåíèå âî-

ëîêîí öèëèàðíîé ñâÿçêè ðåãóëèðóåòñÿ öèëèàðíîé (ãëàçíîé) ìûøöåé.

Ïðè ñîêðàùåíèè ìûøöû, èííåðâèðóåìîé ïàðàñèìïàòè÷åñêèìè âî-

ëîêíàìè ãëàçîäâèãàòåëüíîãî íåðâà, íàòÿæåíèå öèëèàðíîé ñâÿçêè

óìåíüøàåòñÿ, è õðóñòàëèê çà ñ÷åò ñâîåé ýëàñòè÷íîñòè ïðèíèìàåò

áîëåå âûïóêëóþ ôîðìó.

Ñ âîçðàñòîì â ðåçóëüòàòå îáåçâîæèâàíèÿ ýëàñòè÷íîñòü õðóñòà-

ëèêà óìåíüøàåòñÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îãðàíè÷èâàåòñÿ âîçìîæíîñòü

ðåãóëÿöèè åãî ðàäèóñà êðèâèçíû, ðàçâèâàåòñÿ òàê íàçûâàåìàÿ ñòàð-

÷åñêàÿ äàëüíîçîðêîñòü. Ïðè ýòîì ðàññìàòðèâàíèå áëèçêèõ ïðåäìå-

òîâ, òðåáóþùåå äëÿ àêêîìîäàöèè ìàëûõ ðàäèóñîâ êðèâèçíû õðóñ-

òàëèêà, çàòðóäíåíî, õîòÿ äàëåêî ðàñïîëîæåííûå ïðåäìåòû âèäíû

ïî-ïðåæíåìó õîðîøî.

Ó çäîðîâîãî ìîëîäîãî ÷åëîâåêà àêêîìîäàöèÿ íå âûçûâàåò íà-

ïðÿæåíèÿ ïðè ðàññìàòðèâàíèè ïðåäìåòîâ, íàõîäÿùèõñÿ íà ðàñ-

ñòîÿíèè áîëåå ÷åì 25 ñì. Ýòî íàèìåíüøåå ðàññòîÿíèå íàçûâàåòñÿ

ðàññòîÿíèåì íàèëó÷øåãî âèäåíèÿ.

Îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ãëàçà èìååò ðÿä íåäîñòàòêîâ

. Ðîãîâèöà

è õðóñòàëèê ÷àùå âñåãî èìåþò íåïðàâèëüíóþ ñôåðè÷åñêóþ ôîðìó

è íàïîìèíàþò ñîáîé ñåãìåíò ýëëèïñîèäà âðàùåíèÿ. Ýòî ïðèâîäèò

ê ÿâëåíèþ à ñ ò è ã ì à ò è ç ì à. Ïðè ýòîì îïòè÷åñêàÿ ñèëà â âåð-

òèêàëüíîé ïëîñêîñòè íå ðàâíà îïòè÷åñêîé ñèëå â ãîðèçîíòàëüíîé

ïëîñêîñòè (îáû÷íî ïåðâàÿ íåñêîëüêî áîëüøå âòîðîé), òî åñòü ãëàç

ïî âåðòèêàëè ìîæåò áûòü áëèçîðóêèì, à ïî ãîðèçîíòàëè — äàëü-

íîçîðêèì. Àñòèãìàòèçì ïðèñóù â íåáîëüøîé ñòåïåíè ïî÷òè âñåì

Íåìåöêèé ôèçèê, ìàòåìàòèê è áèîëîã Ãåðìàí ôîí Ãåëüìãîëüö (1821—1894)

îäíàæäû ïîøóòèë, ÷òî, åñëè áû åìó ïðèñëàëè îïòè÷åñêèé èíñòðóìåíò, ñêîíñòðó-

èðîâàííûé òàê íåáðåæíî, êàê ãëàç, îí îòîñëàë áû åãî íàçàä èçãîòîâèòåëþ.

§ 14.1. Îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ãëàçà ÷åëîâåêà

448

ëþäÿì. Åñëè ðàçíèöà â îïòè÷åñêèõ ñèëàõ íå ïðåâûøàåò 0,5 äïòð,

òî àñòèãìàòèçì íàçûâàþò «ôèçèîëîãè÷åñêèì» è íå êîððåêòèðóþò

î÷êàìè. Ïðè áîëüøîé ñòåïåíè äåôåêòà çðåíèå êîððèãèðóåòñÿ öè-

ëèíäðè÷åñêèìè ëèíçàìè, à ïðè «íåðåãóëÿðíîì» àñòèãìàòèçìå (ðà-

äèóñ êðèâèçíû ðîãîâèöû âàðüèðóåòñÿ íåîïðåäåëåííûì îáðàçîì) —

òîëüêî êîíòàêòíûìè ëèíçàìè (èíîãäà êîððåêöèÿ íåâîçìîæíà).

Äðóãèì íåäîñòàòêîì îïòè÷åñêîé ñèñòåìû ãëàçà ÿâëÿþòñÿ ñôå-

ðè÷åñêàÿ è õðîìàòè÷åñêàÿ àáåððàöèÿ.

Ñ ô å ð è ÷ å ñ ê à ÿ à á å ð ð à ö è ÿ âîçíèêàåò èç-çà òîãî, ÷òî

ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå öåíòðàëüíîé ÷àñòè è ðîãîâèöû, è õðóñòàëèêà

áîëüøå ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ïåðèôåðè÷åñêîé ÷àñòè. Ýòîò íåäî-

ñòàòîê ïî÷òè íå ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ äèàìåòðà çðà÷-

êà, êîãäà âêëàä ïåðèôåðè÷åñêèõ îòäåëîâ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû â ïî-

ñòðîåíèå èçîáðàæåíèÿ íåâåëèê. Ñ óâåëè÷åíèåì äèàìåòðà çðà÷êà

èçîáðàæåíèå ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå íåðåçêèì.

Õ ð î ì à ò è ÷ å ñ ê à ÿ à á å ð ð à ö è ÿ âîçíèêàåò âñëåäñòâèå ÿâ-

ëåíèÿ äèñïåðñèè áåëîãî ñâåòà: ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñâåòà çàâè-

ñèò îò åãî äëèíû âîëíû, ÷åì îíà êîðî÷å, òåì áîëüøå ïîêàçàòåëü

ïðåëîìëåíèÿ. Ïîýòîìó ñèíèå ïðåäìåòû, òðåáóþùèå ìåíüøåé àêêî-

ìîäàöèè, êàæóòñÿ áîëåå óäàëåííûìè, ÷åì ðàñïîëîæåííûå íà òîì

æå ðàññòîÿíèè êðàñíûå ïðåäìåòû. Ýòîò ýôôåêò øèðîêî èñïîëüçî-

âàëñÿ ïðè ñîçäàíèè âèòðàæåé ãîòè÷åñ-

êèõ õðàìîâ: ôîí äåëàëñÿ ñèíèì, à âñå

îñòàëüíûå ïðåäìåòû è ôèãóðû îêðà-

øèâàëèñü â äðóãèå öâåòà. Â ðåçóëüòàòå

ïëîñêîå èçîáðàæåíèå ïðèîáðåòàëî

îáúåì.

Ïîìèìî åñòåñòâåííûõ, õàðàêòåð-

íûõ äëÿ âñåõ ëþäåé íåäîñòàòêîâ çðå-

íèÿ, ñóùåñòâóþò ïàòîëîãèè. Â íîðìå

çàäíèé ôîêóñ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû

ãëàçà äîëæåí ñîâïàäàòü ñ ñåò÷àòêîé

(ðèñ. 14.1.5, à).

Ïðè áëèçîðóêîñòè (ìèîïèè) âñëåä-

ñòâèå óâåëè÷åíèÿ ïåðåäíåçàäíåãî ðàç-

ìåðà ãëàçíîãî ÿáëîêà ôîêóñ ðàñïîëî-

æåí ïåðåä ñåò÷àòêîé, ÷òî âûçûâàåò

ðàçìûòîå èçîáðàæåíèå äàëåêî ðàñïî-

ëîæåííûõ ïðåäìåòîâ (ðèñ. 14.1.5, á).

Äëÿ áëèçîðóêîãî ãëàçà ðàññòîÿíèå íàè-

ëó÷øåãî âèäåíèÿ ìåíüøå 25 ñì. Ýòîò

íåäîñòàòîê çðåíèÿ êîððèãèðóåòñÿ ðàñ-

ñåèâàþùèìè (âîãíóòûìè) ëèíçàìè.

Ïðè äàëüíîçîðêîñòè (ãèïåðìåòðî-

ïèè), íàîáîðîò, îñåâàÿ äëèíà ãëàçíîãî

Ðèñ. 14.1.5. Õîä ëó÷åé â íîðìàëü-

íîì (à), áëèçîðóêîì (á) è äàëü-

íîçîðêîì (â) ãëàçå

Ãëàâà 14. Áèîôèçèêà çðåíèÿ

449

ÿáëîêà óìåíüøåíà, è ëó÷è ôîêóñèðóþòñÿ çà ñåò÷àòêîé (ðèñ. 14.1.5, â).

Äàëåêî ðàñïîëîæåííûå ïðåäìåòû ïðè ýòîì âèäíû îò÷åòëèâî (çà

ñ÷åò ìåõàíèçìîâ àêêîìîäàöèè íà ïåðåäíèé ïëàí), à äëÿ ðàññìàò-

ðèâàíèÿ áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ ïðåäìåòîâ íåîáõîäèìà êîððåêöèÿ

ñîáèðàþùèìè (âûïóêëûìè) ëèíçàìè. Ðàññòîÿíèå íàèëó÷øåãî âè-

äåíèÿ äëÿ äàëüíîçîðêèõ ëþäåé — áîëüøå 25 ñì.

§ 14.2. ÌÎËÅÊÓËßÐÍÛÉ ÌÅÕÀÍÈÇÌ ÇÐÅÍÈß

Â îñíîâå çðåíèÿ ëåæèò ñïîñîáíîñòü ãëàçà, òî÷íåå ñâåòî÷óâñòâè-

òåëüíûõ êëåòîê ñåò÷àòêè, ðåàãèðîâàòü íà èçìåíåíèå ñâåòîâîãî ïî-

òîêà. Ãëàç ïîçâîíî÷íûõ ñîäåðæèò äâà âèäà ðåöåïòîðíûõ êëåòîê:

ï à ë î ÷ ê è , ÿâëÿþùèåñÿ áîëåå ÷óâñòâèòåëüíûìè ê ñâåòó è îáåñ-

ïå÷èâàþùèå çðåíèå â ñóìåðêàõ è íî÷üþ (ñêîòîïè÷åñêîå çðåíèå),

è ê î ë á î ÷ ê è, îáåñïå÷èâàþùèå âîñïðèÿòèå çðèòåëüíûõ îáðàçîâ

ïðè ÿðêîì îñâåùåíèè è öâåòíîå çðåíèå (ôîòîïè÷åñêîå çðåíèå). Êîë-

áî÷êè, êðîìå òîãî, îáëàäàþò ëó÷øåé ñïîñîáíîñòüþ ê âîñïðèÿòèþ

äåòàëåé èçîáðàæåíèÿ è ïîýòîìó çíà÷èòåëüíî óëó÷øàþò ðàçðåøàþ-

ùóþ ñïîñîáíîñòü ãëàçà. Êðèâàÿ ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè

ãëàçà èìååò ìàêñèìóì îêîëî 500 íì ïðè ñêîòîïè÷åñêîì çðåíèè

è îêîëî 555 íì ïðè ôîòîïè÷åñêîì.

Ïàëî÷êè èìåþò äëèíó 63—81 ìêì, äèàìåòð — 1,8 ìêì; äëÿ êîë-

áî÷åê ýòè ïàðàìåòðû ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî 35 è 5—6 ìêì. Íà ñåò-

÷àòêå ãëàçà ÷åëîâåêà íàõîäèòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî 110—125 ìëí ïàëî-

÷åê è 6—7 ìëí êîëáî÷åê. Ïàëî÷êè è êîëáî÷êè ðàñïîëîæåíû íà

ñåò÷àòêå íåðàâíîìåðíî: â öåíòðå åå íàïðîòèâ çðà÷êà â îáëàñòè æåë-

òîãî ïÿòíà íàõîäÿòñÿ â îñíîâíîì êîëáî÷êè, íà ïåðèôåðèè — òîëüêî

ïàëî÷êè. Â ñâÿçè ñ ýòèì äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàèëó÷øåãî êà÷åñòâà èçîá-

ðàæåíèÿ ñâåòîâîé ïîòîê äîëæåí ïîïàäàòü â öåíòð ñåò÷àòêè.

Ñåò÷àòêà ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ñëîåâ êëåòîê. Áëèæå âñåãî

ê ñâåòó ðàñïîëîæåíû ñëîè íåðâíûõ êëåòîê, îòâîäÿùèå ýëåêòðè-

÷åñêèå ñèãíàëû îò ïàëî÷åê è êîëáî÷åê â ìîçã. Äàëåå ðàñïîëàãàþò-

ñÿ, ñîáñòâåííî, ôîòîðåöåïòîðíûå êëåòêè. Êàæäàÿ èç íèõ èìååò

äâà ñåãìåíòà: íàðóæíûé è âíóòðåííèé, ñîåäèíåííûå ìåæäó ñîáîé

òîíêîé íîæêîé. Ñâîèì íàðóæíûì ñåãìåíòîì, ñîäåðæàùèì ç ð è-

ò å ë ü í û å ï è ã ì å í ò û (ìîëåêóëû, â ñîñòàâ êîòîðûõ âõîäèò õðî-

ìîôîð, ïîãëîùàþùèé ñâåò), ýòè êëåòêè îðèåíòèðîâàíû â ñòîðîíó,

ïðîòèâîïîëîæíóþ ñâåòó. Òàêèì îáðàçîì, ñâåò, ïðåæäå ÷åì ïîïàñòü

íà çðèòåëüíûå ïèãìåíòû, äîëæåí ïðîéòè ÷åðåç ðîãîâèöó, õðóñòà-

ëèê, ñòåêëîâèäíîå òåëî è íåñêîëüêî ñëîåâ êëåòîê. Ïðè ýòîì, îäíà-

êî, ïîãëîùàåòñÿ íå áîëåå 50 % ñâåòà. Äîïîëíèòåëüíûå ïîòåðè âîç-

íèêàþò â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî îäíà ÷àñòü ñâåòà îòðàæàåòñÿ îò ðîãîâèöû,

§ 14.2. Ìîëåêóëÿðíûé ìåõàíèçì çðåíèÿ

450

à äðóãàÿ, ïðîøåäøàÿ ìèìî ñâåòî÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ, ïî-

ãëîùàåòñÿ êëåòêàìè ýïèòåëèÿ ãëàçà

. Òîëüêî 10 % êâàíòîâ ñâåòà,

ïîïàâøèõ íà ãëàç, ïîãëîùàþòñÿ çðèòåëüíûìè ïèãìåíòàìè â ïà-

ëî÷êàõ.

Ìèíèìàëüíàÿ ÿðêîñòü ñâåòîâîãî ïÿòíà, êîòîðóþ ñïîñîáåí âîñ-

ïðèíÿòü ãëàç íà àáñîëþòíî ÷åðíîì ôîíå ïðè ïîëíîé ñâåòîâîé àäàï-

òàöèè, íàçûâàåòñÿ àáñîëþòíûì ïîðîãîì ÷óâñòâèòåëüíîñòè. Äëÿ ÷å-

ëîâåêà ýòà âåëè÷èíà ñîñòàâëÿåò (2,1…5,7)•10

–17

Äæ íà ïîâåðõíîñòè

ðîãîâèöû ãëàçà. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò 58—148 êâàíòàì ñèíå-çåëåíîãî

öâåòà.

Åñëè ÿðêîñòü îñâåùåííîãî ôîíà ðàâíà I, à ÿðêîñòü ñâåòîâîãî

ïÿòíà I + dI, òî ìèíèìàëüíàÿ îáíàðóæèâàåìàÿ ðàçíîñòü dI ìåæäó

ýòèìè âåëè÷èíàìè íàçûâàåòñÿ ðàçíîñòíûì ïîðîãîì ÷óâñòâèòåëüíî-

ñòè, à îòíîøåíèå dI/I — äèôôåðåíöèàëüíûì ïîðîãîì. Ñîãëàñíî çà-

êîíó Âåáåðà, äèôôåðåíöèàëüíûé ïîðîã îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì ïðè

èçìåíåíèè ÿðêîñòè ôîíà:

const.

(14.2.1)

Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà ðàçíîñòíîãî ïîðîãà dI óâåëè÷èâàåòñÿ

ñ óâåëè÷åíèåì ÿðêîñòè ôîíà I.

Çàâèñèìîñòü ìåæäó èíòåíñèâíîñòüþ îùóùåíèÿ ψ è èíòåíñèâ-

íîñòüþ ñâåòà îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì Âåáåðà—Ôåõíåðà:

ψ=

(14.2.2)

èëè

ln ,

ψ=

(14.2.3)

ãäå I — èíòåíñèâíîñòü ñâåòà; I

— àáñîëþòíûé ïîðîã ÷óâñòâèòåëü-

íîñòè; k — êîíñòàíòà. Èç ôîðìóëû (14.2.3) ñëåäóåò, ÷òî åñëè èí-

òåíñèâíîñòü ñâåòà âîçðàñòàåò ïî ëîãàðèôìè÷åñêîìó çàêîíó, òî èí-

òåíñèâíîñòü îùóùåíèÿ ñâåòà ðàñòåò ëèíåéíî.

Âûðàæåíèå (14.2.3) òàêæå íîñèò íàçâàíèå ïñèõîôèçè÷åñêîãî çà-

êîíà Âåáåðà—Ôåõíåðà è ïðèãîäíî äëÿ îïèñàíèÿ ëþáûõ ñåíñîðíûõ

Ó ÷åëîâåêà íàðóæíûé ñëîé ñåò÷àòêè ïîêðûò ñëîåì, â ñîñòàâ êîòîðîãî âõîäèò

ïèãìåíò ôóñöèí, îáëàäàþùèé áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì ïîãëîùåíèÿ. Â îòñóò-

ñòâèå îòðàæåíèÿ è ðàññåÿíèÿ ñâåòà ÷åòêîñòü èçîáðàæåíèÿ ïîâûøàåòñÿ. Ó íåêîòî-

ðûõ íî÷íûõ æèâîòíûõ ìåæäó çðèòåëüíûìè ýëåìåíòàìè è ïèãìåíòíûì ñëîåì èìå-

åòñÿ îòðàæàþùèé ñëîé, áëàãîäàðÿ êîòîðîìó íà çðèòåëüíûå ïèãìåíòû ïîïàäàþò íå

òîëüêî ïðÿìûå, íî è îòðàæåííûå ëó÷è. Â ðåçóëüòàòå â óñëîâèÿõ äåôèöèòà îñâå-

ùåííîñòè ïîâûøàåòñÿ âîçìîæíîñòü âîñïðèÿòèÿ ñâåòà. Çà ñ÷åò îòðàæåíèÿ ïàäàþ-

ùåãî ñâåòà ó òàêèõ æèâîòíûõ ãëàçà â òåìíîòå ñâåòÿòñÿ.

Ãëàâà 14. Áèîôèçèêà çðåíèÿ