Оптика

Нормальне око

Нормальне око акомодує фокусувати що завгодно від ближньої точки (25 cm) до нескінченності.

Нормальне око — інтерактивне моделювання: Оптика. Нормальне око акомодує фокусувати що завгодно від ближньої точки (25 cm) до нескінченності. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Нормальний зір

Нормальне око акомодує фокусувати що завгодно від ближньої точки (25 cm) до нескінченності.

Еметропне око фокусує паралельні промені з нескінченності на сітківці без акомодації. Циліарний м'яз може далі коригувати форму лінзи для ближчих предметів до ближньої точки (~25 cm у дорослих). Пресет моделює розслаблений фокус для далеких сцен.

• Ближня точка ≈ 25 cm
• Дальня точка ∞

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Нормальне око може фокусувати предмети будь-де від ближньої точки до нескінченності, змінюючи фокусну відстань внутрішньої лінзи (акомодація). Чи потрібна оку коротша чи довша фокусна відстань, щоб фокусуватися на ближчий предмет?

Прогнози для зважування

• Коротша — ближчий предмет вимагає від лінзи ока сильніше заломити світло, щоб досі фокусувати на ту саму відстань до сітківки.
• Довша фокусна відстань для ближчих предметів.
• Фокусна відстань не мусить змінюватися для різних відстаней до предмета.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Відстань до предмета d_o (cm)

Що ви вимірюєте:

• Потрібна фокусна відстань f (cm)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет normal-eye та натисніть «Скинути». Сітківка сидить на фіксованих 2.2 cm за лінзою ока.
2. Увімкніть показ потрібної фокусної відстані.
3. Задайте відстань до предмета для кожного заміру та запишіть фокусну відстань, яку око мусить прийняти, щоб тримати зображення на сітківці.

Керівне рівняння

Акомодація ока — P = 1/f

Щоб тримати сітківкове зображення різким, око безперервно коригує фокусну відстань своєї лінзи: f = d_o·R/(d_o + R), де R — фіксована відстань до сітківки. Ближчі предмети вимагають коротших фокусних відстаней (сильніша фокусуюча здатність).

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть f = d_o·R/(d_o + R) з R = 2.2 cm (відстань до сітківки). Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому f завжди лишається трохи під R = 2.2 cm, наближаючись до неї, коли d_o стає дуже великим (розслаблене око, фокус на нескінченності), та опускаючись нижче для ближчих предметів (більше зусилля акомодації).

Де це трапляється за межами лабораторії

• Ближня точка нормального ока (приблизно 25 cm) задає найкоротшу фокусну відстань, якої можуть досягти м'язи ока; дальня точка (нескінченність) задає найдовшу (повністю розслаблену). Поясніть, чому старіння типово підіймає ближню точку (пресбіопія) навіть у інакше здоровому оці — лінза втрачає гнучкість, не здатність фокусувати на нескінченності.
• Система автофокусу камери механічно робить те, що ваше око робить біологічно: коригує ефективну фокусну відстань своєї лінзи (зазвичай рухаючи лінзу, а не змінюючи її форму), щоб тримати зображення різким на сенсорі при різних відстанях. Чому лінза камери може рухатися фізично, тоді як лінза вашого ока натомість змінює форму?

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

1. Вітаємо в нормальному оці
2. Виберіть око
3. Натисніть «Запустити»
4. Розслаблений далекий зір
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Формула тонкої лінзи