Если посмотреть сбоку на человеческий глаз, то видна выпук­лость. Это роговая оболочка. За ней расположена радужная оболочка. Между роговой и радужной оболочкой находится «водянистая жидкость», далее хрусталик, и, наконец, студени­стое «стекловидное тело», которые образуют оптическую систе­му глаза. Подобно фотоаппарату, глаз наводится на резкость, и на сетчатке получается четкое изображение рассматриваемого предмета. Это достигается изменением кривизны хрустали­ка (рис. 1).

Рис.1

Окружающие хрусталик мышцы могут сжимать или растягивать хрусталик и тем самым изменять в известных пределах, его фокусное расстояние.

Сходство в получении зрительных изображений в глазу с фотографическим процессом мы находим и в химических явле­ниях на сетчатке. Они аналогичны процессам, которые происхо­дят в светочувствительной эмульсии пленки. На фотографиче­ской пленке световое изображение снимаемого предмета вызыва­ет разложение бромида серебра в светочувствительном слое. В глазу под действием света происходит разложение (обесцве­чивание) особого вещества - зрительного пурпура, приготовля­емого светочувствительным слоем сетчатки (пигментным эпите­лием). Более яркие места светового изображения вызовут боль­шее разложение пурпура, темные - меньшее. Вследствие этого на сетчатке, как и на фотопленке, получается изображение.

На задаваемый обычно вопрос, почему мы не видим предме­ты «вверх ногами», раз изображение на сетчатке получается обратное, можно было бы и не отвечать, так как этот вопрос со­держит в себе ошибку. Самый короткий ответ был бы тот, что мы видим не изображение на сетчатке (которое действительно обратное), а предметы во внешнем мире. Что такое верх и низ? Это понятия относительные. Люди, находящиеся на противопо­ложной стороне земного шара, по отношению к нам ходят «вверх ногами». Бесспорным, выработанным всей практикой жизни бу­дет определение направления «вниз» как направления силы тя­жести. Поднимая руку и совершая при этом работу против силы тяжести, мы указываем рукой вверх. Практика позволяет нам всегда устанавливать, где верх, а где низ предметов. Это одна из тех поправок, которые опыт и мозговая деятельность вносят в расшифровку зрительных впечатлений.

Изучая различные оптические системы, мы схематически изо­бражаем ход лучей и делаем построение предмета и его изобра­жения. При этом нередко говорят о том, что через оптическую систему мы рассматриваем мнимое изображение предмета. Вспомним привычное объяснение получения изображения от предмета, помещенного между главным фокусом и линзой. Мнимое изображение в этом случае получится там, где пере­секутся продолжения расходящихся лучей, попадающих в глаз (рис. 2).

мнимое изображение объекта

b

B

a .F A

объект

Рис.2.

Рассмотрим подробнее ход лучей от предмета. Расходящиеся после прохождения линзы световые лучи фокусируются оптиче­ской системой глаза на сетчатке (рис. 3).

А

F В

Рис.3.

В результатемыполучаем зрительное впечатление. При изменении положения предмета оптическая система глаза все равно будет фокусиро­вать лучи на сетчатке. Только для этого хрусталику потребуется изменить свою кривизну (это делают мышцы, окружающие хрусталик). Такое приспособление глаза к разным расстояниям до рассматриваемых предметов называется аккомодацией.

Но как быть с изображением в плоском зеркале? В любом учебнике физики приводится чертеж образования мнимого изо­бражения за плоским зеркалом. Чертеж правилен. Но вы сейчас смотрите только на чертеж, а не в зеркало. На чертеже получи­лось мнимое изображение. Значит, его нельзя получить на экра­не, на фотографической пластинке, на сетчатке глаза. Рассмотрим следующий опыт.

Поставим против окна зеркало, между зеркалом и окном — двояковыпуклую линзу. Передвигая лист белой бумаги, вы очень скоро сумеете получить перевернутое изображение окна; если хотите получить свой автопортрет, вы можете сфотографироваться в зеркале. А так как глаз подобен фото­камере, то, следовательно, и на сетчатке глаза получается дейст­вительное, а не мнимое изображение предметов, отражающихся в зеркале. Ход лучей, поясняющий сказанное, вы увидите на ри­сунке 4.

Необходимо сделать еще несколько замечаний, касающихся геометрической оптики. Допустим, вы рассматриваете в лупу мелкую печать. Вы приближаете глаз и лупу к бумаге до тех пор, пока не получите наиболее ясное изображение. В этот мо­мент хрусталик аккомодирован на «расстояние наилучшего зре­ния». Это расстояние обычно принимают равным 25 см, хотя у разных лиц и в разном возрасте способность к аккомодации раз­лична. Хотите знать, во сколько раз увеличивает лупа? Если хрусталик аккомодирован на расстояние наилучшего зрения, то ответ дает формула:

где Г - увеличение лупы, F - фокусное расстояние, измеряемое в сантиметрах. При ненапряженном глазе увеличение, даваемое лупой, равно

Нокак определить F? В солнечный день это можно сделать, собрав лучи солнца в фокус и измерив расстояние от лупы до него. Если солнца нет, то надо навести линзу на далекий пред­мет (ландшафт за окном) и получить резкое его изображение на бумаге. Расстояние от линзы до изображения можно считать практически равным фокусному расстоянию. Действительно, в формуле линзы

для далеких предметов (d=¥) дробь исчезающе мала, и тогда

или f=F (расстояние до изображения равно фокусному расстоянию линзы).

Описанный прием нахождения фокусного расстояния двояко­выпуклой линзы позволит решить еще одну интересную и полез­ную задачу. Пусть вы задумали построить себе самодельный телескоп из очковых стекол. Но тогда понадобится прежде всего знать номер очков (для дальнозорких). Номер очков показывает их оптическую силу, или величину, обратную фокусному рас­стоянию: