Lidské tělo jako předmět fyzikálního měření

Transkript

1 Veleth ápadů uitelů yziky 8 Lidské tělo jako předmět yzikálího měřeí ŠTĚPÁNKA KUBÍNOVÁ Kateda yziky, PřF UHK Abstakt Laboatoí páce by měly být edílou souástí výuky yziky. Vyuující se však asto setkávají s edostatkem pomůcek a ezájmem ze stay žáků. Jak lze tedy povést laboatoí páce sado, zábavě a s využitím poutavého příběhu? Nechte žáky vypavit se apříklad po stopách zloiu a vypátat pachatele i vyzkoušet si paktiky oího lékaře. Laboatoí páce a téma optika V deší době ejsou býle u lověka ic eobvyklého, alespoň a teí je používá již zaá ást populace. Každý tedy ví, že oky býlí jsou chaakteistické především svou optickou mohutostí udávaou v dioptiích, ať kladých i zápoých. Vědí však studeti jaká je vlastí optická mohutost oka? Jak vziká v oku obaz? Jak je možé, že lověk vidí ostře a blízko i a dálku? Nechme je si to vypoítat, případě změřit po své vlastí oi v ámci laboatoí páce. Optická soustava lidského oka Zeptáme-li se studetů a iomace týkající se lidského oka, asto ejsou ai schopi říci jeho spávé ozměy, atož optickou mohutost. Nosí-li apříklad ěkdo býle s pěti dioptiemi, pokládají to studeti již za zaou optickou mohutost. Co tedy řekou, zjistí-li přibližou optickou mohutost svého oka? Zkusme ejpve optickou mohutost oka vypoítat pomocí modelu, a ásledě změřit. Existuje ěkolik modelů lidského oka, kteé umožňuji poměě přesý, ale zjedodušeý popis zobazováí předmětu okem. Po aše úely použijeme kombiaci Gullstadova modelu a Emsleyova-Gaova schematického modelu oka. [] Při vytvářeí obazu musí světelý papsek pojít až k sítici, místu vytvořeí obazu, tyřmi ůzými optickými postředími. Těmito postředími jsou ohovka, komoová voda, oka a sklivec. Každé z ich má odlišé optické vlastosti, kteé si budeme yí chaakteizovat pomocí půměých hodot zdavého oka. Rohovka má tva vypukloduté oky a lze ji popsat těmito paamety: Polomě křivosti vější plochy = 7,7 mm Polomě křivosti vitří plochy = 6,8 mm Idex lomu ohovky =,376 Tloušťka ohovky d = 0,5 mm Komoová voda vyplňuje předí oí segmet o hloubce zhuba,7 mm. Idex lomu =,336 59

2 Veleth ápadů uitelů yziky 8 Oí oka uguje v oku jako spojá oka. Lze jí chaakteizovat podobě jako lupu ablízko zvětšuje, a dálku keslí zmešeé převáceé obázky. Zak využívá pouze tuto duhou vlastost. Zakřiveí oí oky eí stejé a obou staách, předí plocha je méě vykleutá ež zadí. Čoku lze tedy popsat paamety: Polomě zakřiveí předí plochy oky Polomě zakřiveí zadí plochy oky R = 0 mm R = - 6 mm Idex lomu oky emá stejou hodotu v jejím jádu a a okaji, ve výpotech se používá půměá hodota =,46 Rosolovitá hmota sklivce vyplňuje celý zadí segmet oka. Sklivec chaakteizujeme pouze jeho idexem lomu, kteý je stejý jako v případě komoové vody. Idex lomu sklivce s =,336 Optickou soustavu oka si lépe představíme za pomoci ásledujícího ákesu. ohovka oka sítice komoová voda zakový ev Nákes Optické složky oka sklivec = s s Nákes Zobazovací systém oka 60

3 Veleth ápadů uitelů yziky 8 Na zaátku laboatoí páce se můžeme žáků zeptat, co všecho zají o lidském oku, a s jejich pomocí vytvořit ákes podobý ákesu.. Zjistíme, zda žáci vědí, kteé ásti lidského oka tvoří zobazovací apaát a jak vlastí obaz v oku vziká. Při zjišťováí ástí tvořících optickou soustavu oka keslíme ákes., jež poslouží jako model po ásledující výpoet optické mohutosti oka. Výpoet optické mohutosti oka Optickou soustavu oka ozdělíme a dvě ásti ohovku a oí oku. Rohovka je zhuba 0,5 mm silá vypuklodutá oka z jedé stay obklopeá vzduchem a z duhé stay komoovou vodou. Po výpoet její optické mohutosti použijeme ovice po tlustou oku. Pod pojmem tlustá oka, espektive je oka ozumíme dvojici cetovaých lámavých kulových ploch o uitém idexu lomu, vořeých do postředí o ůzých idexech lomu. Tlustá oka je jedozaě zadaá idexy lomu, paamety obou kulových ploch (středy S a poloměy ) a vzdáleostí jejich vcholů d. Tlustá oka je v podstatě složeá cetovaá zobazovací soustava, dílími zobazovacími soustavami jsou obě lámavé kulové plochy. [] Optická mohutost oky je ova převáceé hodotě ohiskové vzdáleosti oky, tedy. Poto musíme ejpve uit ohiskovou vzdáleost ohovky jako celku. Vyjdeme z ásledujících vztahů po tlustou oku []:. Po ohiskové vzdáleosti jedotlivých lámavých ploch ohovky platí:.. Po optický iteval tlusté oky platí ásledující vztah: d. Po dosazeích a ásledých úpavách dostaeme vztah po optickou mohutost ohovky ve tvau: d Po íselém dosazeí jedotlivých hodot 43 D. 6

4 Veleth ápadů uitelů yziky 8 Obdobě budeme postupovat i v případě oí oky, kdy se však jedá o dvojvypuklou oku obklopeou postředím o stejém idexu lomu. Tím se vypoet zaě zjedoduší. Po ohiskové vzdáleosti dvou lámavých ploch bude platit []:. R. R R R A ásledě po optickou mohutost oky: d R R R R Po íselém dosazeí je hodota optické mohutosti oky ova 7,5 D. Celkovou optickou mohutost oka získáme pouhým seteím hodot ohovky a oí oky, jelikož uvažujeme, že jsou cetovaé a těsě a sebe aléhají. Zdavé lidské oko má tedy dle ašeho výpotu 60,5 dioptií. Výpoet optické mohutosti oka pomocí měřeí koveí vzdáleosti Již víme přibližou hodotu optické mohutosti lidského oka, yí se pokusíme uit tuto veliiu po aše oi pomocí měřeí. Koveí vzdáleostí se myslí vzdáleost předmětu od eakomodujícího oka (ezaostřeého oka), kdy se předmět zobazuje a sítici ejostřeji. Po tuto úlohu potřebujeme list papíu s tištěým textem běžé velikosti a délkové měřidlo. Měřeí bude pobíhat celkem třikát po pavé oko, levé oko a obě oi souasě. Zakyjte si jedo oko a uchopte list papíu s textem do uky, kteá je a stejé staě těla jako otevřeé oko. Oko ezaostřujte, spíše se pokuste o koukaí do dálky. Přibližujte a oddalujte uku s textem, dokud alezete místo ejostřejšího viděí. Změřte vzdáleost mezi tímto místem a okem, jedá se pávě o ou koveí vzdáleost. Měřeí povedeme i po zbylé dva uvedeé případy. Pokládejme optický systém oka za jedu spojou oku, před kteou je předmět umístě v koveí vzdáleosti a obaz se vytváří a sítici, zhuba 7 mm od této oky. [] Je uté dát pozo a zamékovou koveci. Pokud zapíšeme zámé hodoty, obdžíme: a = koveí vzdáleost v metech (měla by dosahovat hodot 0,5 0,3 m) a = 7 mm = m Po výpoet použijeme zobazovací ovici oky: a a Neí přeapeím, že každé oko může mít jiou optickou mohutost. 6

5 Veleth ápadů uitelů yziky 8 Měřeí akomodace oka Lidské oko je schopé zobazovat ostře předměty blízké i vzdáleé. Vytvořeí obazu předmětu v ůzé vzdáleosti před okem je umožěo změou optické mohutosti uvedeého dioptického systému oka, tzv. akomodací. Jaký ozsah akomodace v dioptiích lze opět staovit měřeím. Lidské oko ozlišuje dva okajové body bod daleký a bod blízký. Bod daleký zázoňuje ejvzdáleější předmět, jež může ještě oko vidět ostře. Teto bod by se u zdavého oka měl teoeticky alézat v ekoeu. Neí tedy uté jej měřit. Naopak bod blízký zaí ejblíže oku umístěý předmět, kteý ještě eí ozmazaý. Vzdáleost bodu blízkého budeme měřit. [] Opět použijeme papí s textem běžé velikosti, postupě jej budeme přibližovat k oku až do okamžiku, kdy bude text aposledy jasě itelý. Zde se achází blízký bod a jeho vzdáleost od oka změříme. Měřeí můžeme povést opět po každé oko zvlášť i obě oi souasě. Zjištěou hodotu dosadíme do ovice: a d a b akomodaí amplituda, kde a b ozauje bod blízký a a d bod daleký. Hodoty dosazujeme v metech, aby výsledek byl v dioptiích. Jelikož a d je ovo ekoeu, abývá duhý zlomek v ovici hodoty ula. Akomodaí amplituda se měí s věkem, jak ukazuje ásledující obázek. Obázek 3 Závislost akomodaí amplitudy a věku [] Liteatua [] KUCHYNKA, Pavel. Oí lékařství..vyd. Paha: Gada, 007, [40], 768 s. ISBN [] KALUS, Reé. Tivium z optiky. Vyd.. Ostava: Ostavská uivezita, 004, 07 s. ISBN