Sprawozdanie z laboratorium z fizyki i biofizyki
Ćwiczenie nr 4
Temat ćwiczenia:
„Budowa i funkcjonowanie oka ludzkiego jako złożonego układu optycznego” oraz
„Wyznaczanie ogniskowych soczewek za pomocą ławy optycznej”
Data wykonania ćwiczenia: 14.03.2014 r.
Sekcja nr 1
Grupa: CH
Skład sekcji:
Agata Czemerajda
Natalia Potrzebowska
Weronika Serafimowicz
Data oddania sprawozdania:
Ocena:
I Wstęp teoretyczny
Narząd wzroku stanowi gałka oczna i narządy dodatkowe. Gałka oka ludzkiego otoczona jest sprężystą błoną, podzieloną na trzy warstwy:
siatkówkę (warstwa wewnętrzna)
naczyniówkę (warstwa środkowa)
twardówkę (warstwa zewnętrzna).
Budowa oka ludzkiego:
Twardówka to mocna, zbita łącznotkankowa osłona, która ochrania wewnętrzną, delikatną strukturę, nadając oku znaczną sztywność. Siatkówka jest elementem odbierającym bodźce wzrokowe i stanowi płaskie rozgałęzienie nerwu wzrokowego o dwóch rodzajach zakończeń w postaci tzw. czopków i pręcików. Czopki są odpowiedzialne za rozróżnianie barw, ponieważ zawierają odpowiednie związki fotochemiczne. Natomiast pręciki posiadają barwnik wrażliwy na światło, zwany rodopsyną. Pręciki słabo reagują na barwy, lecz są około 1000 razy czulsze na światło, niż czopki i służą głównie do przekazywania wrażeń przy słabym oświetleniu. Dlatego wszystkie przedmioty oglądane przy bardzo słabym oświetleniu wydają się szare.
Oko ludzkie działa na zasadzie praw optyki geometrycznej. Działa podobnie jak aparat fotograficzny. Fala świetlna przechodzi przez rogówkę, komorę przednią oka, źrenicę, soczewkę oraz ciało szkliste, następnie pada na siatkówkę, gdzie powstaje obraz rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony.
Akomodacja jest jedną z ważniejszych funkcji oka, tzn. oko ludzkie sprawnie przystosowuje się do obserwacji przedmiotów z różnej odległości przez zmianę kształtu soczewki.
Oko prawidłowo skupiające promienie świetlne na siatkówce jest nazywane okiem miarowym. Odchylenia od tego stanu to ametropia. Wady oka ludzkiego:
miopia (krótkowzroczność) - promienie skupiają się przed siatkówką, korekta polega na zastosowaniu soczewek rozpraszających,
hipermetropia (dalekowzroczność) - promienie skupiają się za siatkówką, korekta polega na zastosowaniu soczewek skupiających,
astygmatyzm - nierównomierne skupianie fal świetlnych biegnących z różnych kierunków, korekta polega na użyciu soczewek cylindrycznych.
II Przebieg ćwiczenia:
Akomodacja oka
Celem ćwiczenia było wyznaczenie punktu bliży i dali wzrokowej.
Do wykonania ćwiczenia zastosowano długopis oraz linijkę. Każdy student był kolejno osobą badaną i badającą.
Osoba badana trzyma w wyciągniętej ręce ołówek i jednym okiem obserwuje jego czubek, a następnie wolno przybliża do oka w celu wyznaczenia punktu bliży wzrokowego. Po ustaleniu punktu, w którym badany wyraźnie widzi czubek ołówka, należy wyznaczyć odległość między ołówkiem a okiem.
W podobny sposób należy określić punk dali wzrokowej, znajdując najdalszy punkt, który widzimy wyraźnie.
Oko |
Agata |
|
|
Punkt bliży wzrokowej (Pa) [cm] |
Punkt dali wzrokowej (P0) [cm] |
Prawe |
7,5 |
64 |
Lewe |
8 |
73 |
Oko |
Natalia |
|
|
Punkt bliży wzrokowej (Pa) [cm] |
Punkt dali wzrokowej (P0) [cm] |
Prawe |
9,5 |
56 |
Lewe |
9,5 |
43 |
Oko |
Weronika |
|
|
Punkt bliży wzrokowej (Pa) [cm] |
Punkt dali wzrokowej (P0) [cm] |
Prawe |
10,5 |
154 |
Lewe |
10,5 |
164 |
Odległość od punktu bliży wzrokowej od punktu dali wzrokowej stanowi zakres akomodacji oka.
P0 - Pa = zakres akomodacji
Zakres akomodacji |
|||
Oko |
Agata |
Natalia |
Weronika |
Prawe |
56,5± 5 cm |
46,5 ± 5 cm |
143,5 ± 5 cm |
Lewe |
65± 5 cm |
33,5 ± 5 cm |
153,5 ± 5 cm |
Średnia |
65,75 ± 5 cm |
40 ± 5 cm |
148,5 ± 5 cm |
Rozmieszczenie pręcików i czopków w siatkówce oka u człowieka
Celem kolejnego ćwiczenia było określenie zależności postrzegania barwy przedmiotu od jego położenia w polu widzenia.
Do wykonania ćwiczenia użyto żółtego długopisu. Każdy student był kolejno osobą badaną i badającą.
Osoba badana musiała zasłonić prawe oko, wpatrując się lewym w wybrany punkt przed sobą. Badająca osoba powoli przesuwała niebieski długopis zaczynając od prawej strony badanej osoby, a kończąc na linii jej wzroku. Badany student informował słownie osobę, która przeprowadzała doświadczenie o pojawieniu się długopisu w polu widzenia (kąt α1). Następnie starał się go opisać bliżej, wskazując moment, w którym potrafi podać jego kolor (kąt α2) Ćwiczenie zostało powtórzone przez zasłonięcie lewego oka.
Oko |
Natalia |
|
|
kąt α1 |
kąt α2 |
Prawe |
1350 ± 100 |
1150 ± 100 |
Lewe |
1400 ± 100 |
1300 ± 100 |
Oko |
Agata |
|
|
kąt α1 |
kąt α2 |
Prawe |
1300 ± 100 |
1150 ± 100 |
Lewe |
1350 ± 100 |
1200 ± 100 |
Oko |
Weronika |
|
|
kąt α1 |
kąt α2 |
Prawe |
1400 ± 100 |
1250 ± 100 |
Lewe |
1450 ± 100 |
1300 ± 100 |
Plamka ślepa
Celem ćwiczenia było stwierdzenie obecności plamki ślepej w oku człowieka.
Do wykonania ćwiczenia użyto następującego schematu:
Należało zasłonić jedno oko, a drugim wpatrywać się w krzyżyk. Schemat został ustawiony tak, żeby krzyżyk znajdował się w polu widzenia bliżej nosa, a kółko bliżej części skroniowej czaszki. Następnie powoli odsuwano schemat od oka, przy czym krzyżyk cały czas znajdował się w osi widzenia. Na początku widoczny był krzyżyk oraz krążek, a w miarę oddalania schematu, kółko zanikało.
Oko |
Agata |
Natalia |
Weronika |
Prawe |
11 cm |
20 cm |
19,5 cm |
Lewe |
13,5 cm |
11,5 cm |
20,5 cm |
Obserwowane zjawiska:
W przeprowadzanych ćwiczeniach mamy do czynienia z tzw. plamką ślepą. Plamka ślepa to miejsce na siatkówce oka, w którym nerw wzrokowy opuszcza gałkę oczną i biegnie w stronę mózgu. Jest całkowicie pozbawiona fotoreceptorów (czopków i pręcików), przez co jest niewrażliwa na światło.
Plamki ślepe w gałkach ocznych umieszczone są symetrycznie, dzięki czemu luki w polu widzenia obu oczu nie pokrywają się (to, czego nie widzi jedno oko, widzi drugie). Jeśli jest to niemożliwe, np. przez zasłonięcie jednego oka (tak jak w naszym ćwiczeniu), luka w polu widzenia uzupełniana jest odpowiednimi jakościami sensorycznymi i powstaje wrażenie, że pole widzenia jest pełne.
Podsumowując nie odczuwamy posiadania plamki ślepej, ponieważ mózg używa obrazu z jednego oka do uzupełnienia brakującego obrazu drugiego oka, a także przestawia nieco oko tak, by obraz, na który patrzymy, nie padał na plamkę ślepą.
Bieg promienia świetlnego w oku normalnym:
Bieg promienia świetlnego w oku krótkowidza:
Bieg promienia świetlnego w oku dalekowidza:
III Wnioski
Akomodacja oka
Punkt bliży wzrokowej (Pa) Agaty dla prawego oka wynosi 7,5 cm, natomiast dla lewego 8 cm. Jest to niewielka różnica i na podstawie tych wyników możemy powiedzieć, iż studentka I wyraźnie widzi przedmioty znajdujące się w niewielkiej odległości od jej oczu. Punkt dali wzrokowej (P0) dla jej prawego oka jest równy 64 cm, a dla lewego 73 cm. Rozbieżność wyników mówi nam o tym, że Agata z daleka lepiej widzi lewym okiem. Jej średni zakres akomodacji wynosi 65,75 cm. Co świadczy o krótkowzroczności studentki.
W przypadku Natalii widzimy, że punkt bliży wzrokowej (Pa) dla prawego oka jest równy 9,5 cm, dla lewego 9,5 cm, a punkt dali wzrokowej (P0) prawego oka wynosi 56 cm, a lewego 43 cm. Różnice w pomiarze punktów informują nas, że studentka II przedmioty z daleka wyraźniej widzi prawym okiem, a z bliska prawym. Jej średni zakres akomodacji wynosi 40cm. Co świadczy również o miopii.
Natomiast dla Weroniki punkt bliży wzrokowiej (Pa) wynosi dla prawego i lewego oka 10,5 cm. Punkt dali wzrokowej (P0) dla jej prawego oka jest równy 154 cm, a lewego 164cm. Świadczy to o prawidłowym wzroku studentki.
W porównaniu z zakresem akomodacji Agaty i Natalii jest on dużo mniejszy, ponieważ punkty dali wzrokowej studentki I i II są dużo niższe niż studentki III. Jest to spowodowane tym, że Agata i Natalia posiada wadę wzroku - krótkowzroczność i powinny skorygować swój wzrok za pomocą soczewek rozpraszających.
Pręciki i czopki
Na podstawie powyższych pomiarów wynika, że wszystkie trzy studentki mają różne rozmieszczenie pręcików i czopków w siatkówce oka, ponieważ ich wyniki są dość zróżnicowane.
Plamka ślepa
Cała sekcja posiada plamkę ślepą, ale trochę inaczej umiejscowioną, na co wskazują wyżej wymienione wyniki, różnice w wyniku mogą być powodowane wadą wzroku dwóch studentek.
Doświadczenie z ławą optyczną
Zestaw pomiarowy składa się z ławy optycznej, która stanowi szyna o długości około 1,5m, zaopatrzona w milimetrową skalę. Obecność jasno oświetlonego przedmiotu w nieprzezroczystej tarczy na jednym końcu skali. Umieszczenie badanej soczewki w odpowiedniej podstawce, którą można przesuwać wzdłuż ławy. Powstawanie obrazu rzeczywistego na ekranie znajdującym się na drugim końcu ławy, jaki daje soczewka.
Przesuwanie wzdłuż ławy optycznej podstawki z umieszczoną na niej soczewką zbierającą oraz szukanie odpowiedniego położenia, przy którym powstający na ekranie obraz, powiększony lub pomniejszony jest najostrzejszy.
Wyznaczanie odległości przedmiotu od soczewki i odległości obrazu (ekranu) od soczewki oraz zmierzenie za pomocą linijki o podziałce milimetrowej wielkości powstałego na ekranie obrazu i wielkości samego przedmiotu.
Pomiar powtarzamy 6 razy.
Za wielkość przedmiotu wyznaczamy wysokość całego kwadratu, na którym narysowane jest kółko z kreską.
h0 = 20 mm
d0 [mm] |
di [mm] |
hi [mm] |
1/di + 1/d0 |
f [mm] |
hi/h0 |
-di/d0 |
500 |
83 |
3 |
0,01405 |
71,17437 |
0,15 |
-0,166 |
|
84 |
3,5 |
0,01390 |
71,94241 |
0,175 |
-0,168 |
|
83 |
3 |
0,01405 |
71,17437 |
0,15 |
-0,166 |
|
82 |
3 |
0,01419 |
70,47216 |
0,15 |
-0,164 |
|
83 |
3 |
0,01405 |
71,17437 |
0,15 |
-0,166 |
|
83 |
3,5 |
0,01405 |
71,17437 |
0,175 |
-0,166 |
450 |
85 |
4 |
0,01399 |
71,47963 |
0,2 |
-0,188 |
|
84 |
3,5 |
0,01413 |
70,77141 |
0,175 |
-0,186 |
|
84 |
3,5 |
0,01413 |
70,77141 |
0,175 |
-0,186 |
|
86 |
3,5 |
0,01385 |
72,20217 |
0,175 |
-0,191 |
|
85 |
4 |
0,01399 |
71,47963 |
0,2 |
-0,188 |
|
84 |
4 |
0,01413 |
70,77141 |
0,2 |
-0,186 |
400 |
87 |
4,5 |
0,01399 |
71,47963 |
0,225 |
-0,218 |
|
86 |
4 |
0,01413 |
70,77141 |
0,2 |
-0,215 |
|
87 |
3,9 |
0,01399 |
71,47963 |
0,195 |
-0,218 |
|
87 |
4 |
0,01399 |
71,47963 |
0,2 |
-0,218 |
|
86 |
4 |
0,01413 |
73,46939 |
0,2 |
-0,215 |
|
86 |
4,2 |
0,01361 |
73,46939 |
0,21 |
-0,215 |
350 |
89 |
5,2 |
0,01409 |
70,97232 |
0,26 |
-0,254 |
|
90 |
5,1 |
0,01396 |
71,63324 |
0,255 |
-0,257 |
|
90 |
4,9 |
0,01396 |
71,63324 |
0,245 |
-0,257 |
|
89 |
5 |
0,01409 |
71,63324 |
0,25 |
-0,254 |
|
90 |
4,8 |
0,01396 |
71,59091 |
0,24 |
-0,257 |
|
90 |
4,9 |
0,01396 |
71,59091 |
0,245 |
-0,257 |
300 |
94 |
7 |
0,01397 |
71,58196 |
0,35 |
-0,313 |
|
93 |
6,5 |
0,01409 |
70,97232 |
0,325 |
-0,31 |
|
93 |
6,5 |
0,01409 |
70,97232 |
0,325 |
-0,31 |
|
94 |
6 |
0,01397 |
71,58196 |
0,3 |
-0,313 |
|
93 |
6,5 |
0,01409 |
70,97232 |
0,325 |
-0,31 |
|
95 |
6,5 |
0,01386 |
72,15007 |
0,325 |
-0,317 |
250 |
99 |
8 |
0,01410 |
70,92199 |
0,4 |
-0,396 |
|
99 |
8 |
0,01410 |
70,92199 |
0,4 |
-0,396 |
|
100 |
8 |
0,01400 |
71,42857 |
0,4 |
-0,4 |
|
99 |
8,5 |
0,01410 |
71,92199 |
0,425 |
-0,396 |
|
100 |
8 |
0,01400 |
71,42857 |
0,4 |
-0,4 |
|
100 |
8 |
0,01400 |
71,42857 |
0,4 |
-0,4 |
200 |
113 |
11 |
0,01385 |
72,20217 |
0,55 |
-0,565 |
|
111 |
10 |
0,01401 |
71,37759 |
0,50 |
-0,555 |
|
111 |
10,5 |
0,01401 |
71,37759 |
0,525 |
-0,555 |
|
111 |
10 |
0,01401 |
71,37759 |
0,50 |
-0,555 |
|
110 |
11 |
0,01409 |
70,97232 |
0,55 |
-0,55 |
|
110 |
11 |
0,01409 |
70,97232 |
0,55 |
-0,55 |
150 |
137 |
17 |
0,01397 |
71,58196 |
0,85 |
-0,913 |
|
135 |
17,5 |
0,01407 |
71,07321 |
0,875 |
-0,9 |
|
136 |
17,5 |
0,01402 |
71,32668 |
0,875 |
-0,907 |
|
136 |
17 |
0,01402 |
71,32668 |
0,85 |
-0,907 |
|
135 |
17 |
0,01407 |
71,07321 |
0,85 |
-0,9 |
|
133 |
16 |
0,01419 |
70,47216 |
0,8 |
-0,886 |
100 |
226 |
40 |
0,01442 |
69,34813 |
2 |
-2,26 |
|
221 |
42 |
0,01452 |
68,87052 |
2,1 |
-2,21 |
|
218 |
40 |
0,01459 |
68,54010 |
2 |
-2,18 |
|
222 |
41 |
0,01450 |
68,96552 |
2,05 |
-2,22 |
|
225 |
42 |
0,01444 |
69,25208 |
2,1 |
-2,25 |
|
220 |
45 |
0,01455 |
68,72852 |
2,25 |
-2,2 |
75 |
brak wyników |
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
50 |
brak wyników
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
Ogniskowa soczewki f:
f |
71,12799 |
|
± |
0,96256 |
|
f |
72 ± 1 |
|
Powiększenie liniowe m:
|
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
Dla d0 |
m |
0,1583 |
0,1875 |
0,205 |
0,2492 |
0,325 |
0,4041 |
0,5292 |
0,85 |
2,0833 |
± |
0,01291 |
0,01369 |
0,01095 |
0,00736 |
0,01581 |
0,01021 |
0,02458 |
0,02739 |
0,09309 |
WNIOSKI:
Błędy popełnione w trakcie wykonywania tego ćwiczenia są spowodowane małą dokładnością przyrządu pomiarowego (linijka), małą dokładnością odczytów pomiarów oraz indywidualnymi własnościami oka obserwatora.
Na podstawie otrzymanych wyników możemy stwierdzić, że im mniejsza odległość obrazu od środka soczewki, tym większa wysokość obrazu.
Im większa odległość obrazu od środka soczewki, tym większa rozbieżność otrzymanych wyników wysokości obrazu.
Wynik równania soczewki cienkiej (1/f = 1/d0 + 1/di) powinien być dla każdego pomiaru taki sam w naszym przypadku jest on zmienny (czasem pojawia się niewielka różnica, prawie niezauważalna).
W przypadku małej odległości obrazu od soczewki tzn. mniej niż 75mm spowodowała, że obraz na ekranie nie był wyostrzony świadczy to o tym, że jest to odległość równa ogniskowej soczewki i obraz rzeczywisty nie utworzy się na ekranie powstaje wówczas obraz pozorny( nie widoczny lub nie wyostrzony na ekranie).
Skorygowanie wady za pomocą soczewki rozpraszającej.
Promienie równoległe skupiają się przed siatkówką.
Skorygowanie wady za pomocą soczewki skupiającej.
Promienie równoległe skupiają się za siatkówką.
Wyszukiwarka