TANULÓI KÍSÉRLET (45 perc) A kísérlet, mérés megnevezése, célkitűzései: Az emberi szem optikai leképezése Az ember egyik legfontosabb érzékszerve a szem, amely feladata a tökéletes látás biztosítása. AZ EMBERI SZEM FELÉPÍTÉSE (http://hu.wikipedia.org/wiki/emberi_szem) A szemgolyó és segédszervei a szemüregben foglalnak helyet az erekkel és az idegekkel együtt. A szem segédszervei: Szemmozgató izmok: a szem mozgatása a kívánt irányba Szemhéjak: a szem védelmére, melegítésére, nedvesen és tisztán tartására szolgál Kötőhártya: vékony, sima, érzékeny hártya, a szemhéjakat köti össze a szemgolyóval (kötőhártya-gyulladás: baktériumok, idegen anyagok heveny gyulladása) könnykészülékek: könnymirigyek és könnyelvezetők A szemgolyó felépítése: ínhártya: erekben, idegekben gazda, fehér színű védőréteg, elülső folytatása a vékony szaruhártya érhártya: erekben gazdag hártya elől éles határ nélkül megy át a sugártestbe, amely nagy részét a sugárizmok alkotják. - A csarnokvizet termeli - A sugárizmokhoz kapcsolódnak a lencsefüggesztő rostok szabályozzák a lencse domborúságát Elülső része a szivárványhártya: erősen pigmentált szemszín meghatározása pupilla: a szivárványhártya közepén egy változtatható nagyságú nyílás ideghártya (= retina) belső vékony réteg, amiben a érző idegsejtek ( csapok, pálcikák) vannak vakfolt: a látóideg kilépésének a helye sárgafolt: az éleslátás helye üvegtest: kocsonyás állományú, átlátszó test ( víz, fehérjék, szénhidrátok, ásványi sók) szemlencse : az üvegtest elülső részéhez kapcsolódik : domború lencse (idősebb korban a lencsefüggesztő rostok rugalmassága csökken) ( szürkehályog: a szemlencse fehérjéinek egy része kicsapódhat homályos látás ) szemcsarnok: az üvegtest és a szemlencse előtti tér, a csarnokvíz tölti ki ( feladata: a táplálja a szem részeit, fenntartja a szem belső nyomását ) (zöldhályog: a csarnokvíz felhalmozódása miatt a szem belső nyomása megnő ideghártya sérül, a látóideg elsorvadhat, vakság alakulhat ki ) 1. oldal / 9
1. ábra: Az emberi szem felépítése AZ EMBERI SZEM MŰKÖDÉSE A fény útja a szemben A szem egy összetett optikai rendszer amelyben a fény különböző törőközegeken keresztül kerül az ideghártyára : szaruhártya (D=42) szemlencse(d=24 változó!) üvegtest (D=0,6) retina ( sárgafolt, csapok és pálcikák). a fény legerősebben a levegő-szaruhártya határfelületén törik meg. A sárgafolt az éleslátás helye, így a fénysugár úgy törik meg, hogy a sárgafoltra essen. Az emberi szem képalkotása A retinára fordított, kicsinyített, valódi kép vetül. Az emberi szem dioptriája : kb. 66 dioptria 2. ábra: Az emberi szem optikai leképezése 2. oldal / 9
A szem alkalmazkodása A szem alkalmazkodása a távolsághoz: A szemhez közeli és távoli tárgyakról egyaránt érkeznek fénysugarak. A nyugvó szem a távollátásra van beállva, de a szemlencse domborodása miatt a közeli tárgyakról is éles kép keletkezik. A szem alkalmazkodásának hibái, az éleslátás zavarai (a szembetegségek) és korrigálásuk Távollátás:Az egyén távolra jól lát, de a tárgyakról a szembe érkező fénysugarak a retina mögött fókuszálódnak, így a retinára eső kép nem lesz éles. Korrigálása domború (gyűjtő) lencsével történik. Közellátás (rövidlátás) :Az egyén közelre jól lát, de a szem hossztengelyének megnyúlása miatt a távolról érkező fénysugarak a retina előtt fókuszálódnak, így a retinán nem lesz éles a kép. Korrigálása homorú (szóró) lencsével lehetséges. Az öregkori távollátás: Az alkalmazkodás képesség az öregkor előrehaladtával csökken, amely elsősorban a közeli látásélességet befolyásolja. Az idősebbek távolra jól, közelre rosszul látnak. Ez az öregkori látászavar domború lencsével korrigálható. 3. ábra: Az emberi szem leképezési hibái és korrigálásuk A szem alkalmazkodása a fényintenzitáshoz A szem alkalmazkodni képes a fényerősséghez a pupilla átmérőjének változtatásával. Ha erős fény éri a szemet, a pupilla összeszűkül, ezáltal kevesebb fény jut a szembe, (ez az ún. fény- adaptáció). Ha gyenge fény éri a szemet, akkor a jobb látás érdekében a pupilla kitágul, így több fény jut be a szembe, (ez az ún. sötétadaptáció). (A farkasvakságban (szürkületi vakságban) szenvedő ember sötétedéskor nagyon rosszul lát, szeme képtelen a sötéthez alkalmazkodni ) 3. oldal / 9
A vizsgálódás célja: Az emberi szem felépítésének ismétlése. Az emberi szem optikai leképezésének modellezése. Az emberi szem optikai leképezésének megszerkesztése miliméterpapíron. Eszközszükséglet: 1 db tálca, 1 db emberi szem makettje, 2db miliméterpapír (A4), tollak (zöld, kék, piros), 1 db vonalzó (30 cm-es), 1 db lámpás nagyító Optikai tanulókísérleti készletből: 1 db optikai pad, 4db csúszószorító, 2 db gyűjtőlencse: +50, +100 (mm fókusztávolságú), 1 db optikai ernyő, 1 db optikai ernyőt tartó eszköz, fényforrás + tápegység (12V/20W) Eszközismertető, kísérletismertető: Először a szemmakett segítségével átismételjük az emberi szem anatómiai felépítését. Másodszor összeállítjuk az emberi szem optikai leképezésének modelljét, illetve éles képet állítunk be a retinán (az optikai ernyőn). Harmadszor megszerkesztjük a modellről leolvasható távolságok alapján az emberi szem optikai leképezését. 4. oldal / 9
A mérés, kísérlet, megfigyelés menete: 1. feladat: Az emberi szem anatómiájának ismétlése Korábban már megtanultuk az emberi szem anatómiáját. Ismételd át az elméleti bevezetőben leírtak segítségével, hogy hogyan épül fel az emberi szem Ehhez használd a szemmakettet! 2. feladat: Az emberi szem optikai leképezési modelljének összeállítása A, Normál szem beállítása Tedd az optikai padra a csúszószorítókat! Tedd a fényforrást az első csúszószorítóba, majd kapcsold rá a tápegységet, s azt dugd be az asztali feszültségforrásba. Tedd a többi csúszószorítóba a +100mm-es gyűjtőlencsét és az optikai ernyőt (a tartójával) az ábrán látható módon. FIGYELEM! Ne erőltesd az egyes elemek összeállítását, mert eltörhetnek az eszközök! Ha nem megy, szólj a szaktanárnak! A modellben a lámpa izzószála a tárgy, a gyűjtőlencse az emberi szemlencse, az optikai ernyő a retina. Állítsd be úgy a fényforrást, a gyűjtőlencsét és az optikai ernyőt, hogy éles képet kapjunk az ernyőn ( a retinán)! Szerkeszd meg miliméterpapíron a fenti adatok figyelembevételével a tárgyról a képet! A tárgyat nyíllal jelöld, illetve a többi eszközt is a tanult jelölésekkel tüntesd fel!használj színes tollakat! A rajzodon az optikai eszközök fölé írd oda, hogy az emberi szemnek melyik része lehet! 5. oldal / 9
B, A tárgy mozgatása Mozgasd lencse irányába a fényforrást, azaz a tárgyat! Ekkor a retinán homályos lesz a kép. C, A kép élesítése a szemlencse domborításával Helyezz egy +50mm-es gyűjtőlencsét a +100mm-es gyűjtőlencse elé oda, ahol az optikai ernyőn újra éles kép lesz. A szemlencse ezt a domborodásával oldj meg. (A fényforrás és az optikai ernyő nem mozdulhat el!) 6. oldal / 9
Jegyezd fel ide a távolságokat, azaz az egyes eszközök helyét az optikai padon! Szerkeszd meg miliméterpapíron A fenti adatok figyelembevételével a tárgyról a képet! A tárgyat nyíllal jelöld, illetve a többi eszközt is a tanult jelölésekkel tüntesd fel!használj színes tollakat! A rajzodon az optikai eszközök fölé írd oda, hogy az emberi szemnek melyik része lehet! 7. oldal / 9
3. feladat: A szemlencse domborodásnak megfigyelése Az előző kísérletben a tárgyat ( a fényforrást) közelítettük a szemlencséhez, s ekkor a retinán csak akkor lett újra éles kép, ha a személncsét domborúbbá tettük egy másik gyűjtőlencsével. Figyeld meg a társad szemlencséjének (illetve szemfelszínének) domborodását, amikor egy tollat közelít a szeme felé! A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések leírása A megfigyelés elvégzése után OLDD MEG az alábbi feladatokat! 1. feladat: Egészítsd ki az alábbi szöveget! Az emberi szem érzékszerve. Az optikai leképezésének modellje az alábbi táblázatban van összefoglalva: az optikai modell eleme fényforrás optikai ernyő fényfolt az optikai ernyőn a látás / szem része tárgy szemlencse Az emberi szemben a fénysugár a következő részeken törik meg: csarnokvíz üvegtest (retina) Az emberi szem összdioptriája kb. dioptria, ennek nagysága változtatható a miatt. A retinán létrejövő képre jellemző:,, 8. oldal / 9
Felhasznált szakirodalom: nyomtatott szakirodalom: o Oláh Zsuzsa: Biológia II. (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1996.) o Dr. Berend Gömöry Dr. Szerényi: Biológia IV. (Akadémia kiadó, Budapest, 1996.) o Dr. Budó Ágoston Dr. Mátrai Tibor: Kísérleti Fizika III. (Optika és Atomfizika) o Dr. Németh Endre: Biológiai kézikönyv (Szeged, 2003.) o Dr. Lénárd Gábor: Biológiai laboratóriumi vizsgálatok (tankönyvkiadó, Budapest, 1987.) internetes hivatkozás: o http://www.szekszardportal.hu/szaszoptika/?oldal=2&page=8 o http://hu.wikipedia.org/wiki/emberi_szem 9. oldal / 9