ametropiile
DESCRIPTION
AMETROPIILE SI CORECTAREA LORTRANSCRIPT
Lucrări în extenso
7
Ametropiile si corectarea lor
Manuela Mihuţiu1, Marica Marciuc
2, Alina David
3, Dana Dorohoi
3
1Grup şcolar Rădăuţi
2Şcoala Generală Voineşti
3Universitatea “Al.I.Cuza”, Iaşi
1. Noţiuni introductive.
Ochiul normal este echivalent cu un sistem optic
centrat care formează imaginea obiectelor situate la
diverse distanţe p faţă de planul lui principal obiect, pe
pata galbenă de pe retină, aflată la distanţă fixă p’ faţă de
planul principal imagine [1]. In conformitate cu formulele
sistemelor optice centrate;
f
1
p
1
p
1
(1)
pentru a observa obiecte situate la diverse distanţe faţă de
ochi, acesta trebuie să aibă distanţă focală imagine, f,
variabilă. Acomodarea ochiului, prin modificarea formei
cristalinului sau prin schimbarea concentraţiei ionice la
nivelul umorilor, este procesul care face posibilă
modificarea distanţei focale a unui ochi normal.
Incapacitatea de acomodare a ochiului pentru observarea
obiectelor aflate la diverse distanţe este cauza ametropiilor
[2],[3].
Studierea mecanismului vederii şi a defectelor de
vedere este o temă recent introdusă în programele de fizică
pentru gimnaziu, de aceea ne propunem să prezentăm
noţiunile generale despre observaţia vizuală pe care elevii
trebuie să şi le însuşească.
2. Ochiul şi limitele observaţiei vizuale
In Figura 1 este prezentată o secţiune orizontală
printr-un ochi normal. Peretele cavităţii oculare este
format din trei straturi: sclerotica (S)-ţesut de culoare albă,
coroida ( C )- de culoare închisă şi retina ( R ) – de culoare
roz. In partea din faţă sclerotica este înlocuită de o
membrană transparentă, numită cornee (Co). In spatele
corneei se află irisul, cu un orificiu numit pupilă (P). După
pupilă este un corp lenticular, numit cristalin (Cr). Intre
cristalin şi cornee se află o substanţă transparentă, numită
umoare apoasă. În interiorul ochiului, după cristalin există
o substanţă transparentă, numită umoare sticloasă.
Succesiunea de substanţe aer, cornee, umoare apoasă,
cristalin, umoare sticloasă, separate prin suprafeţe curbe
formează un sistem optic centrat, reprezentat în Figura 2
prin planele principale P şi 'P ; punctele nodale N şi N’
şi diafragma D (irisul sau pupila). Receptorul de imagini
este retina R, formată dintr-un mozaic de celule
fotosensibile. In retină există două tipuri de celule
fotosensibile: conurile şi bastonaşele. Rolul sistemului
central al ochiului este să formeze imaginile obiectelor pe
retină, aşa cum se arată în Figura 2, în care a’ şi b’ sunt
imaginile reale ale punctelor obiect a şi b (v. Figura 2).
Figura 1. Structura ochiului uman Figura 2. Formarea imaginilor în ochiul normal
Figura 3. Ochiul miop Figura 4. Ochiul hipermetrop
Dacă energia radiantă pătrunde într-o celulă din
retină, macromoleculele fotosensibile din aceasta îşi
schimbă structura şi proprietăţile electrooptice, declanşând
în nervul optic un impuls nervos. Impulsurile nervoase
Lucrări în extenso
8
produc la nivelul sistemului nervos central senzaţii
vizuale. Procesele de activare şi dezactivare a celulelor
nervoase se realizează în 1/16s.Acesta este intervalul de
timp minim care trebuie să separe două semnale luminoase
pentru a produce senzaţii vizuale separate. Ochiul
omenesc este sensibil doar la radiaţii din domeniul vizibil,
cuprinzând radiaţiile optice cu lungimi de undă din
intervalul spectral [380-780]nm.
Impulsurile nervoase produse de o singură celulă
produc senzaţia vizuală de punct luminos. Două puncte
obiect a şi b sunt observate ca puncte separate, dacă
imaginile lor a’ şi b’ de pe retină sunt separate de cel puţin
o celulă fotosensibilă neexcitată. Deci distanţa minimă
între două puncte imagine de pe retină, observate ca
puncte luminoase separate, este egală cu diametrul unei
celule fotosensibile. In aceste condiţii puterea de rezoluţie
fiziologică a ochiului este 220 mm-1. Nu pot fi observate
ca fiind separate punctele de la care ajung la ochi raze de
radiaţie optică sub unghiuri mai mici de un minut,
deoarece astfel de fascicule formează imagini pe două
fotocelule vecine.
Prin modificarea elementelor cardinale în procesul de
acomodare, ochiul uman poate forma imagini vizuale nete
pentru obiecte cuprinse între punctul proximum PP
(distanţa minimă) şi punctul remotum PR (distanţa
maximă). Pentru ochiul normal PR= , iar
cm25P mediuP . Distanţa medie care fixează punctul
proximum a fost denumită distanţă de vedere optimă.
Pentru obiectele situate la infinit ochiul formează
imaginea pe retină fără acomodarea cristalinului.
Observarea obiectelor de la infinit nu oboseşte ochiul
uman, de aceea aparatele optice cu viziune directă sunt
astfel concepute încât să formeze imagini finale la infinit,
pentru a se evita obosirea ochiului prin acomodare.
Ochiul uman nu poate stabili starea de polarizare a
radiaţiilor luminoase şi nici gradul de coerenţă. Ochiul
uman poate aprecia un număr limitat de culori, dar nu
poate oferi informaţii asupra compoziţiei spectrale a
radiaţiei.
3. Ametropiile şi corectarea lor.
Defectele de vedere cauzate de incapacitatea ochiului
uman de a se acomoda se numesc ametropii. Cele mai
frecvente ametropii sunt miopia, hipermetropia şi
prezbitismul (boala ochilor bătrâni).
Ochiul miop are o convergenţă prea mare (este mai
alungit decât cel normal), astfel încât focarul său imagine
se află în faţa retinei. Punctul proximus se găseşte la
distanţă mai mică decât distanţa vederii optime., iar
punctul remotum se apropie de 1m. Obiectele mai
depărtate de punctul remotum sunt văzute clar de către
miopi.
Defectul se corijează cu lentile divergente, sau cu
sisteme optice centrate de lentile echivalente cu o lentilă
divergentă, care să aibă focarul principal imagine în
punctul remotum al ochiului miop. Sistemul optic centrat
format din lentila şi ochi formează imaginea punctului
remotum pe retină (v. Figura 3).
In Figura 3 punctul remotum PR se află la distanţa
mD faţă de cristalin, lentila se găseşte la distanţa a de
cristalin, deci lentila corectoare trebuie să aibă distanţa
focală aDf m . Pentru punctul proximus, PP, aflat la
distanţa adPP în faţa lentilei, lentila formează o
imagine situată la distanţa ap 'PP în faţa cristalinului.
Lentila divergentă apropie punctul obiect, situat în PP, de
ochi. Distanţele considerate satisfac relaţia;
f
1
p
1
ad
1'PPPP
(2)
în care f este distanţa focală a lentilei corectoare.
Ochiul hipermetrop este mai turtit decât cel normal,
focarul său principal imagine este situat în spatele retinei.
Punctul proximus PP se deplasează la distanţe mai mari
decât distanţa de vedere optimă, ier punctul remotun PR
poate deveni virtual (situat în spatele retinei).
Hipermetropul nu distinge clar obiectele apropiate, dar
poate să vadă clar obiectele îndepărtate, în urma unui efort
de acomodare.
Defectul se corijează cu lentile convergente, care
aduc imaginile pe retină. Lentila, sau sistemul optic centrat
echivalent cu o lentila convergentă au focarul principal
imagine în PR, astfel încât un fascicul de raze paralele
incident pe sistemul format din lentila corectoare şi ochi
devine un fascicul convergent în PR. In acest mod
imaginea punctului 'F , reprezentând focarul principal
imagine al ochiului defect, se formează pe retină.
Prezbitismul este ametropia oamenilor vârstnici, cu
cristalin lipsit de elasticitatea necesară acomodării.
Intervalul de acomodare al prezbitului este foarte mic,
poate chiar să fie nul, deoarece uneori PR se suprapune
peste PP.
Punctul proximus al prezbitului este mai departe de ochi
decât în cazul unui om normal.
Obiectele mai apropiate formează imagini în spatele
retinei. Pentru corectarea defectului se folosesc lentile
convergente, care măresc convergenţa ochiului şi aduc
punctele aflate la distanţa de vedere optimă în PP sau mai
departe de ochi.
4. Metodica predării noţiunilor legate de observaţia
vizuală.
Noţiunile legate de observaţia vizuală au caracter
interdisciplinar, apelând la cunoştinţe din domeniile fizicii
radiaţiilor, anatomiei, chimiei, opticii, matematicii.
Problemele legate de corectarea ametropiilor pot fi
rezolvate utilizând un computer. La clasele de liceu vor fi
folosite programe de calcul [4]care să stabilească natura
lentilelor de corecţie şi limitele între care pot varia
distanţele focale ale lentilelor utilizate.
Materialele didactice existente în laboratoarele
şcolare de biologie şi de fizică pot fi folosite pentru
descrierea structurii ochiului uman şi pentru demonstrarea
echivalenţei dintre ochi şi aparatul fotografic [5].
Bibliografie
[1] V.Pop, Bazele Opticii, Ed.Univ.”Al.I.Cuza”, 1988
[2] R.A.Moses, Adler’s physiology of the eye, The
Mosby Comp., St.Louis, Washington, 1981
[3] Th.Chalkley, Your eyes, Ch.Thomas, Springfield,
Illinois, 1982
[4] V.Holban, A.Trifan-Caprian, Utilizarea calculatorului
în rezolvarea unor probleme în care intervin sisteme
optice centrate, Caiete de Fizică, 20/21, 1995.
[5] Enciclopedia Marshall Cavendish, “Vederea”,
Arborele lumii, nr.1, p.1-4, 2000