Опыты. Часть 2. Живая диафрагма - зрачок

Описание

↑ ОПЫТ 6. ЖИВАЯ ДИАФРАГМА — ЗРАЧОК

Оборудование: картон с малым отверстием, лупа, фонарь

В слабоосвещенной комнате рассмотрите зрачок глаза вашего партнера. Обратите внимание на ширину зрачка; встаньте поближе, чтобы ясно видеть зрачок (очень помогает при этом лупа). А теперь включите лампу либо осветите фонарем другой глаз, как показано на рис. 6. 1.





Что произошло?

Внимательно следите за краем зрачка — вы заметите его тонкие движения. Обратите внимание на то, что изменение освещения одного глаза вызывает одинаковые изменения обоих зрачков: усиление света приводит к сужению, ослабление — к расширению зрачков. Внимательно изучите эти зависимости. Сравните ширину зрачка одного и того же человека, когда он находится под открытым небом и в затемненной комнате.

Понаблюдайте за тем, как ваш собственный зрачок изменяет размер. В полоске картона толстой булавкой проколите дырочку на расстоянии 2,5 сантиметра от края. Затемните комнату, оставив лишь щель у одного из окон, чтобы можно было смотреть на небо. Сначала побудьте несколько минут в полумраке комнаты, чтобы ваши глаза привыкли к полутьме.

Прикройте левый глаз ладонью (рис. 6. 2),





а к правому приложите полоску картона и через дырочку в ней смотрите на ясный участок неба. Картон прижмите поплотнее к лицу, чтобы отверстие было перед самым глазом. Запомните, каким вам кажется отверстие. Отнимите ладонь от левого глаза — вы заметите, что величина отверстия изменяется. Уменьшается оно или увеличивается? Снова прикройте левый глаз. Что происходит — как меняется величина отверстия?

Видимая величина отверстия меняется потому, что сужается или расширяется зрачок. Он работает как диафрагма, регулирующая количество света, поступающего в глаз.

Сделайте очень маленькое треугольное отверстие в том же месте картонной полосы, что и раньше. Смотрите через него одним глазом. Поднесите картон вплотную к глазу — отверстие кажется круглым; круглая форма отверстия в этом случае определяется тем, что сам зрачок круглый.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Экспонат для выставки

Можно сделать зарисовки зрачка при различном освещении. Разъясните, как работает зрачок и каково его значение для зрения. Очень наглядна пластмассовая модель глаза.

↑ ОПЫТ 7. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА (ХРОМАТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ)

Оборудование: зеркало, плоский тазик с водой

Призма — это клиновидный кусок стекла. Свет, проходящий через призму, отклоняется. Но не всякий свет отклоняется одинаково. Чем меньше длина волны, тем больше замедление света в стекле, тем сильнее свет отклоняется призмой. Поэтому призма «разворачивает» белый свет, разлагает его на разные цвета спектра.

В качестве призмы можно использовать край стеклянного листа, зеркало или даже кусок прозрачной пластмассы. Возможно, вы разыщете где-нибудь настоящую призму. Чтобы увидеть, как призма отклоняет свет, используйте лучевой ящик; обратите внимание — призма не фокусирует света.

Налейте в плоский тазик воды и положите зеркало так, чтобы один конец его опирался на край тазика, а другой был под водой (рис. 7. 1).





Тогда масса воды над зеркалом, имеющая форму клина, будет работать как призма. Устройте так, чтобы луч солнечного света упал на поверхность воды в тазике. Пройдя сквозь воду, свет отражается от зеркала, и вы видите это отражение на потолке или на стене.

На какое явление природы похоже разложение солнечного света, прошедшего сквозь призму? Разберитесь в этом как следует. Запомните, в каком порядке следуют друг за другом цвета. Какой цвет преломлен сильнее всех, какой — слабее всех?

Поверните водяную призму на 180 градусов (то есть на половину окружности тазика). Переменили цвета свою последовательность? Красный цвет по-прежнему совпадает с вершиной (тонким концом) призмы?

Изучаемое нами явление называется дисперсией света, или хроматической дисперсией. Ее можно было бы заметить и раньше, в опыте 3. Если в качестве источника света вы использовали Солнце, скорее всего вы получили не четко фокусированную точку, а просто пятно с разными цветовыми оттенками. Повторите опыт 3 и проверьте это. У многих линз довольно большая хроматическая аберрация, и вы легко заметите разницу в фокусировке красного и голубого цветов, причем остальные спектральные тона окажутся между ними. Передвигая экран то ближе к призме, то дальше, вы ясно обнаружите это.

Выясняется, что не только призмы, но и линзы разлагают белый свет. Величина хроматической дисперсии зависит от того, какими линзами вы пользуетесь. Оптические системы обычно рассчитаны так, чтобы как можно полнее устранить хроматическую аберрацию. Для этого комбинируют линзы из разного стекла и разной преломляющей силы так, чтобы оттенки света, имеющие разную длину волны, фокусировались в одной и той же точке.

Экспонат для выставки

Сделайте призму для иллюстрации эффекта хроматической дисперсии света. Можно устроить так, чтобы одна призма разлагала белый свет на цвета, а другая вновь восстанавливала белый свет. Для этого необходим узкий пучок белого света.

↑ ОПЫТ 8. ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГЛАЗА

Оборудование: источник света, кусок картона

Оптике человеческого глаза также свойственна хроматическая аберрация. Попробуйте обнаружить, как луч белого света разлагается на цвета в вашем глазу.

Вам необходим яркий точечный или щелевой источник света. Для этого перекройте световой пучок фонаря или проектора непрозрачным экраном (черный картон, жесть, фольга), в котором прорезана щель или просверлено точечное отверстие.

В темной комнате смотрите одним глазом на источник света. Видите ли вы цветные края светового пятнышка? Прямоугольным куском картона прикройте глаз, которым вы смотрите на источник света, но не полностью, а так, чтобы закрыть часть зрачка (рис. 8. 1).





Плавно передвигайте картон от виска, постепенно закрывая все большую часть глаза, пока не увидите цветной ореол вокруг светового отверстия. На что похож сейчас источник света?

Результат зависит от тонкости субъективного восприятия. К тому же не все одинаково наблюдательны. Чтобы разглядеть цветовой эффект, надо очень пристально смотреть на источник.

Проделайте то же, но теперь закрывайте глаз, двигая картон от носа. Меняется ли порядок расположения цветов в направлении слева направо? Почему? Чтобы найти объяснение, вспомните опыт с водяной призмой.

Как вы думаете, оптическая система вашего глаза подобна двум призмам, сложенным основаниями?

Экспонат для выставки

Эффект хроматической аберрации можно показать на схематическом рисунке глаза. С помощью описанной выше установки можно показать желающим эффект хроматической аберрации на их собственном глазу.

↑ ОПЫТ 9. АККОМОДАЦИЯ ГЛАЗА

Оборудование: кусок картона с отверстием и буквами

Роговица глаза не меняет своей преломляющей силы, но хрусталик, окруженный цилиарной мышцей, может это делать. Обратитесь еще раз к схеме 2. Чтобы поддерживать четкость зрения на разных расстояниях, хрусталик автоматически меняет свою толщину, а значит, и преломляющую силу. Автоматическая фокусировка оптической системы глаза называется аккомодацией.

В центре куска картона прорежьте круглое отверстие и вокруг него нарисуйте или наклейте буквы (рис. 9. 1.).





Держите картон примерно в 30 сантиметрах от лица против одного глаза и смотрите через отверстие, например, на картину, висящую на противоположной стене комнаты. Буквы по краям отверстия видны нечетко. Теперь смотрите прямо на буквы. Они видны четко. А картина? Как видите, ваш глаз меняет свою фокусировку в зависимости от расстояния. Это работает хрусталик глаза. Повторите опыт несколько раз, чтобы не осталось сомнений.

Вы наблюдаете одну из важнейших функций глаза — аккомодацию. С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается. К сороковым годам жизни (при отсутствии близорукости) трудно видеть четко на малых расстояниях. Поэтому людям старше сорока лет обычно требуются очки для чтения.

Полную преломляющую силу вашего глаза можно установить, измерив наименьшее расстояние, на котором вы еще способны прочесть колонку мелкого газетного шрифта. Проверьте себя и нескольких товарищей или членов вашей семьи. Читать надо каждым глазом в отдельности. Те, кто носит очки постоянно, должны читать, не снимая очков. Чем «старше» глаз, тем меньше способность к аккомодации.

Экспонат для выставки

Для демонстрации фокусирующей системы глаза сделайте рисунки или модель. Используйте то же приспособление, какое вы применяли в опыте. Можно измерить предел аккомодации у каждого желающего.

↑ ОПЫТ 10. ПЕРЕВЕРНУТОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ НА СЕТЧАТКЕ ГЛАЗА

Оборудование: кусок картона с булавочным отверстием, булавка

В опыте 3 мы видели, что любая лупа дает перевернутое изображение; его называют еще «обратное» в противоположность «прямому». Оптика глаза тоже дает обратное изображение. Конечно, вы видите «прямые» предметы, и, вероятно, предполагаете, что на сетчатке также получается прямое изображение. На самом деле глаз устроен так, что верхние части предметов проецируются на нижнюю часть сетчатки, и, наоборот, «выпрямление» предметов для вас столь естественно, что даже не осознается.

Как вы помните, перевернутое изображение дает камера-обскура. Любая лупа, в том числе оптическая система глаза, делает то же самое. Вы можете эго проверить, спроецировав на сетчатку своего глаза теневое изображение и (с помощью булавочного отверстия) избавившись от «выпрямления» изображения, которое неизбежно произошло бы в высших отделах зрительной системы.

Картонную карту с булавочным отверстием в центре держите примерно в 7 сантиметрах от глаза. Воткните в палочку (рис. 10. 1)





острый конец булавки. Медленно поднимайте булавку головкой вверх, держа ее как можно ближе к глазу (чтобы касалась ресниц), пока она не подойдет к краю отверстия, на которое вы все время смотрите. Внимательно ожидайте появления образа—тени булавки. Куда обращена головка булавки—вверх или вниз?

Вы знакомитесь с очень важным принципом работы зрения. Тень булавки падает на нижнюю часть сетчатки вашего глаза — и потому воспринимается вверху. Вы увидите, что тень булавки движется сверху вниз, хотя на самом деле булавка перемещается снизу вверх.

Можете проверить это иным способом. Правым глазом посмотрите (не поворачивая головы) влево. Левый глаз прищурьте (вы видите в это время свой нос). Слегка нажмите на правый глаз пальцем у виска сквозь веки. Появляется пятнышко близ носа — в стороне, противоположной месту давления. Давлением вы раздражаете сетчатку, а образ, возникающий вследствие раздражения сетчатки глаза, всегда виден во внешнем пространстве в том направлении, куда проецируется раздражаемый участок сетчатки.

Экспонат для выставки

На модели глаза можно показать «перевернутость» изображения на сетчатке. Лупа или система линз также хорошо иллюстрирует это явление.

Продолжение в следующей статье: Опыты ? Часть 3

----

Статья из книги: Опыты со зрением в школе и дома | Грегг Дж.