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