Optiikka

Normaali silmä

Normaali silmä sopeutuu tarkentamaan kaikkeen lähipisteestä (25 cm) äärettömyyteen.

Normaali silmä – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Normaali silmä sopeutuu tarkentamaan kaikkeen lähipisteestä (25 cm) äärettömyyteen. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Normaali näkö

Normaali silmä sopeutuu tarkentamaan kaikkeen lähipisteestä (25 cm) äärettömyyteen.

Emmetrooppinen silmä tarkentaa äärettömyydestä tulevat rinnakkaiset säteet verkkokalvolle ilman sopeutumista. Säiliölihas voi sitten säätää linnssin muotoa lähemmiksi objekteiksi aina lähipisteeseen asti (~25 cm aikuisilla). Esiasetus mallintaa rentoutunutta tarkentamista kaukaisille kohtauksille.

• Lähipiste ≈ 25 cm
• Kaukopiste ∞

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Normaali silmä voi tarkentaa objekteihin missä tahansa lähipisteestään äärettömyyteen muuttamalla sisäisen linnssinsä polttoväliä (sopeutuminen). Tarvitseeko silmän lyhyempi vai pidempi polttoväli lähempänä olevan objektin tarkentamiseen?

Punniteltavat ennusteet

• Lyhyempi – lähempänä oleva objekti vaatii silmän linnssin taittamaan valoa voimakkaammin pysyäkseen tarkennettuna samaan verkkokalvoetäisyyteen.
• Pidempi polttoväli lähemmille objekteille.
• Polttovälin ei tarvitse muuttua eri objektietäisyyksille.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Objektietäisyys d_o (cm)

Mitä mittaat:

• Vaadittu polttoväli f (cm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa normaali silmä -esiasetus ja paina Nollaa. Verkkokalvo istuu kiinteällä 2.2 cm etäisyydellä silmän linsistä.
2. Ota käyttöön vaaditun polttovälin lukema.
3. Aseta objektietäisyys jokaiselle suoritukselle ja kirjaa polttoväli, jonka silmän on omaksuttava pitääkseen kuvan verkkokalvolla.

Hallitseva yhtälö

Silmän sopeutuminen — P = 1/f

Pitääkseen verkkokalvon kuvan terävänä silmä säätää jatkuvasti linnssinsä polttoväliä: f = d_o·R/(d_o + R), jossa R on kiinteä verkkokalvoetäisyys. Lähemmät objektit vaativat lyhyempiä polttovälejä (voimakkaampi tarkennusvoima).

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske f = d_o·R/(d_o + R) arvolla R = 2.2 cm (verkkokalvoetäisyys). Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi f pysyy aina juuri arvon R = 2.2 cm alapuolella, lähestyen sitä, kun d_o kasvaa hyvin suureksi (rentoutunut silmä, tarkentaen äärettömyyteen) ja pudoten sitä pidemmälle lähimmille objekteille (enemmän sopeutumistyötä).

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Normaalin silmän lähipiste (noin 25 cm) määrää lyhyimmän polttovälin, jonka silmän lihakset voivat saavuttaa; sen kaukopiste (äärettömyys) määrää pisimmän (täysin rentoutunut). Selitä, miksi ikääntyminen nostaa tyypillisesti lähipistettä (presbyopia) jopa muuten terveessä silmässä – linssi menettää joustavuutta, ei tarkennusvoimaa äärettömyydessä.
• Kameran automaattitarkennus tekee mekaanisesti sen, mitä silmäsi tekee biologisesti: säätää linnssinsä efektiivistä polttoväliä (yleensä siirtämällä linssiä muodon muuttamisen sijaan) pitääkseen kuvan terävänä anturilla eri objektietäisyyksillä. Miksi kameralinssi voisi liikkua fyysisesti, kun taas silmäsi linssi muuttaa muotoaan?

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa normaaliin silmään
2. Valitse silmä
3. Paina Toista
4. Rentoutunut kaukonäkö
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ohuen linnssin yhtälö