Оптика развитие представлений о природе света




Скачать 368.88 Kb.
НазваниеОптика развитие представлений о природе света
страница4/4
Дата конвертации21.12.2012
Размер368.88 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4

14. Некоторые особенности цветовосприятия.
1. Видимым светом мы называем электромагнитные волны в диапазоне длин волн от  = 400 нм - фиолетовая граница спектра, до  = 700 нм - красная граница. Промежуточные значения длин волн мы привычно называем красным - оранжевым - жёлтым - зелёным - голубым - синим - фиолетовым светом.

В этом узком диапазоне длин волн содержится значение = 545 нм, на которое приходится максимум в спектре излучения Солнца (точнее, максимум в спектре Солнца по излучению, достигающему земной поверхности; кое-что поглощает и рассеивает атмосфера). На значение = 545 нм приходится максимум чувствительности глаза. В этом усматривается высочайшая целесообразность: мы получаем порядка 80 % информации о внешнем мире по зрительным каналам, и видим лучше всего в тех лучах, которых больше всего в солнечном спектре.

2. Спектральная чувствительность глаза на свету и в темноте не одинакова; это следует из экспериментально полученных кривых спектральной чувствительности глаза на свету и в темноте (рисунок 21)



Рисунок 21

Понятие «на свету» и «в темноте» переведем на язык количественных характеристик. Единица освещенности – люкс (1 лк). Для нормального чтения рекомендуется освещенность 30 лк. При Е > 30 лк в зрительной системе работают только колбочки (палочки заблокированы). Если Е < 0,01 лк, работает «палочковое» зрение, колбочки блокируются. В диапазоне 0,01-30 лк работают и колбочки, и палочки. Несовпадение максимумов чувствительности на кривых рис. 21 обусловлено тем, что одна кривая отражает чувствительность только колбочек, а другая - только палочек.

На значение  = 645 нм максимума в солнечном спектре приходится максимум чувствительности глаза на свету (колбочковое зрение).

3. Если белый солнечный свет разложить в красивый радужный спектр (например, стеклянной призмой, как это делал ещё Ньютон), а затем снова свести все цветные компоненты воедино, то мы снова получим белый свет.

Но если белый свет разложить в спектр, изъять из него одну из компонент, и свести на экран все оставшиеся, то белый свет уже не получится. Если мы «увели» желтую компоненту, то на экране мы увидим, вместо белого, синее пятно. Синий свет является дополнительным к жёлтому в белом солнечном свете.

Приводим таблицу дополнительных цветов.


Выделенная часть спектра

красная

оранжевая

желтая

Желто-зеленая

зеленая

Голубовато-зеленая

Цвет смеси оставшихся лучей

Голубовато-зеленый

голубой

синий

фиолетовый

пурпурный

красный


Наше восприятие цвета окружающих предметов определяется тем, как соотносятся друг с другом три показателя:

  • коэффициент отражения

  • коэффициент поглощения

  • коэффициент пропускания (существенен для прозрачных тел)

Любой из этих показателей может по-своему зависеть от длины волны падающего света. Например, зелёный цвет листвы соответствует тем обстоятельствам, что «зелёная» компонента солнечного света (= 500 нм), благодаря хлорофиллу, имеет на поверхности листа высокий коэффициент отражения и малый коэффициент поглощения. Для остальных компонент солнечного света соотношение этих коэффициентов обратное.

Осенью биохимические процессы в листве идут по-новому, меняется и соотношение коэффициентов отражения и поглощения на разных длинах волн.

Предметы, имеющие на всех длинах волн высокий коэффициент поглощения и малые коэффициенты отражения и пропускания, воспринимаются как чёрные. Так что нет чёрного света, а есть просто отсутствие света, отражённого от предмета. Вот так: чёрный цвет есть, а чёрного света нет.

Предмет воспринимается как белый, если он мало поглощает и хорошо отражает на всех длинах волн, и спектр отражённого света близок к спектру падающего на предмет света.

Прозрачные тела могут по-разному восприниматься в рассеянном и в проходящем насквозь свете. Так, раствор хлорофилла в спирту в отраженном свете - зелёный, а в проходящем - красный.

Особая тема - голубой цвет неба. Он обусловлен рассеянием солнечного света на молекулах воздуха. Рэлей показал, что короткие световые волны рассеиваются значительно сильнее длинных (интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны). Голубой цвет неба - это коротковолновая часть солнечного спектра, рассеиваемая во всей толще атмосферы и приходящая в глаза наблюдателя из всех направлений.

4. Установлено, что любой цвет можно получить, смешивая свет трёх цветов, принятых за основные. Обычно в качестве основных называют красный, зелёный и синий. Результат смешения зависит от соотношения их интенсивностей в смеси.

Парадокс заключается в том, что в качестве основных могут быть выбраны любые три цвета, принятые за основные. Аналогия: кубик остаётся кубиком, какой бы вариант системы координат (x, у, z) мы ни выбрали. Координаты вершин кубика будут весьма зависимы от принятой системы координат, но расстояния между вершинами - одинаковы во всех системах координат (инвариантны).

Некоторые люди считают, что основных цветов – четыре, а не три. А Леонардо да Винчи считал, что их пять. Таковы встречающиеся психологические предпочтения. Ну а биофизика установила, что существуют всё же три вида колбочек. На рисунке 22 приведены кривые спектральной чувствительности этих видов колбочек.
Рисунок 22
Принадлежность колбочек к «синим», «зелёным» или «красным» определяется тем, каким зрительным пигментом они располагают. В палочках зрительным пигментом является уже упомянутый родопсин. В колбочках его нет. Вместо него в «красных» палочках - йодопсин, а в «синих» и «зелёных» некоторые виды опсина, изученные настолько недостаточно, что даже не имеют пока названия.

5. Проблема цветового зрения не является чисто физической проблемой, поскольку цвет есть ощущение, а ощущение не является физической категорией: оно субъективно, не измеримо, зависит от обстоятельств. Данная проблема - на стыке нескольких областей знания.

В сущности, любые проявления жизнедеятельности таковы, что наше привычное разделение накопленных знаний на автономные «науки» перестаёт казаться убедительным.
15. Коррекция зрения.
1. Рефракция (преломление) света в глазе является нормальной, если изображение предмета, даваемое оптической системой глаза, ложится на наружные сегменты фоторецепторов, и при этом мышцы, управляющие кривизной хрусталика, расслаблены. Такая (нормальная) рефракция называется эмметропией.

2. Отклонение от эмметропии – аметропия – встречается в двух разновидностях. Миопия (близорукость) – изображение фокусируется не на сетчатке, а перед ней, то есть преломление света в глазе происходит «слишком хорошо». Эта избыточность устранима рассеивающими очковыми линзами (оптическая сила отрицательная).

3. Гиперметропия (дальнозоркость) – разновидность аметропии, при которой изображение формируется за сетчаткой. Чтобы вернуть изображение на сетчатку, надо «помочь» глазу собирающей очковой линзой (оптическая сила положительная). Говоря иначе, если оптическая сила глаза недостаточна, её можно увеличить дополнительным слагаемым - оптической силой собирающей очковой линзы.

4. Появление контактных линз вместо классических очков поначалу воспринималось чуть ли не как революция, а возможность замены громоздких очковых стёкол компактными оптическими элементами, работающими в контакте с роговицей, казалась неожиданной. Между тем, малая площадь поверхности контактной линзы обусловлена её установкой непосредственно на роговицу, а не в некотором удалении от неё, как в обычных очках. Что касается толщины линзы, то с точки зрения преломления света в ней, толщина – величина, не имеющая принципиального значения. Изменение направления светового луча (преломление) происходит в тончайших слоях вещества, на расстоянии двух - трёх межмолекулярных расстояний. Принципиальны кривизна поверхностей и значение абсолютного показателя преломления материала линзы.

При обсуждении возможностей контактной линзы необходимо принять во внимание, что относительный показатель преломления на первой (по ходу луча) поверхности контактной линзы фактически равен абсолютному показателю преломления материала линзы, а на второй поверхности он равен отношению абсолютных показателей преломления роговицы и линзы.

При внедрении любого изобретения рано или поздно обнаруживаются как достоинства, так и недостатки. Классические очки и контактные линзы, в их нынешнем виде, можно сопоставить следующим образом:

- классические очки легко одевать и снимать, но не удобно носить;

- контактные линзы удобно носить, но не удобно надевать и снимать.

А снимать их приходится, и в особенности в связи с тем, что роговица – живая ткань, для которой требуется кислород воздуха.

Появляются сообщения о работах по созданию прозрачных воздухопроницаемых материалов для изготовления контактных линз.

5. Лазерная коррекция зрения – это микрооперация на наружной поверхности роговицы. Напомним, что роговица - основной светопреломляющий элемент оптической системы глаза. Коррекция зрения достигается изменением кривизны наружной поверхности роговицы. Например, если сделать поверхность более плоской, (т.е. увеличить радиус кривизны R), то согласно формуле (4) оптическая сила D этой поверхности уменьшится.

6. Серьёзные проблемы со зрением возникают при отслоении сетчатки. В этих случаях нашёл применение метод закрепления сетчатки на предусмотренном природой месте с помощью фокусированного лазерного луча. Этот способ закрепления подобен точечной сварке металлов в технике. Сфокусированный луч создаёт малую зону повышенной температуры, в которой происходит «сварка» биологических тканей (в прямом и переносном смысле).

Почему-то студенты-медики наиболее охотно приводят именно этот пример применения лазеров в медицине.

7. Отметим так же, что ретиналь - одна из двух основных компонент родопсина – это альдегид витамина А. С учётом того, что наружные сегменты фоторецепторов постоянно обновляются, полноценное обеспечение организма витамином А отвечает интересам поддержания зрительной системы в хорошем состоянии.


Контрольные вопросы

1. Физическая природа света.

2. Закон преломления света. Абсолютный и относительный показатель преломления. Их связь со скоростью света и друг с другом.

3. Зависимость показателя преломления от длины световой волны. Дисперсия света.

4. Полное внутреннее отражение света: условия возникновения; практическое применение.

5. Сферические линзы. Их характеристики: фокусное расстояние, оптическая сила. Формула тонкой линзы.

6. Построение изображений в линзах. Действительное и мнимое изображение.

7. Недостатки сферических линз. Сферическая аберрация. Другие виды аберраций.

8. Оптическая система глаза. Приведенный редуцированный глаз.

9. Строение сетчатки глаза. Связи сетчатки с мозгом.

10. Цветовосприятие: цвета тел окружающего мира; спектральная чувствительность различных фоторецепторов.

11. Методы коррекции зрения.


Автор-Сидоров В.П.
1   2   3   4

Похожие:

Оптика развитие представлений о природе света iconСодержание: История развития оптики
Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска...
Оптика развитие представлений о природе света iconОптика. Основы квантовой механики. Физика атома и атомного ядра
Элементы волновой теории света. Интерференция света. Электромагнитная природа света. Когерентность и монохроматичность световых волн....
Оптика развитие представлений о природе света iconКурс лекций, II семестр, 34 часа Оптика. Физика атома
Электромагнитная природа света. Оптический и видимый диапазон электромагнитных волн. Волновое уравнение. Скорость света. Гармоническая...
Оптика развитие представлений о природе света icon"Дисперсия света."
Цель урока: сформировать у обучающихся единое, целое представление о физической природе явления дисперсии света, рассмотреть условия...
Оптика развитие представлений о природе света iconВведение предмет квантовой физики
Первая группа явлений была связана с установлением на опыте двойственной природы света – дуализмом света, вторая – с невозможностью...
Оптика развитие представлений о природе света iconВолновая и квантовая оптика
Какое из явлений: дифракция, интерференция, дисперсия или поляризация света обуславливает: радужную окраску пленок нефти на водной...
Оптика развитие представлений о природе света iconКорпускулярно-волновой дуализм
Уже в древности наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две...
Оптика развитие представлений о природе света iconПервые художники Земли
Цель урока: формирование представлений о первобытной культуре, особенностях первобытного искусства, развитие навыков анализа представленных...
Оптика развитие представлений о природе света iconАкимкин Сергей Николаевич Начальник отдела отчетности по ценным бумагам ОАО "автоваз"
Оао "нпо "Оптика" (Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Оптика")
Оптика развитие представлений о природе света icon«вода. Круговорот воды в природе. Свойства воды»
Способствовать накоплению у детей конкретных представлений о свойствах, формах и видах воды
Разместите кнопку на своём сайте:
kk.convdocs.org



База данных защищена авторским правом ©kk.convdocs.org 2012-2019
обратиться к администрации
kk.convdocs.org
Главная страница