چشم شما هم یک ابزار اپتیکی است 

آزمایش‌هایی برای شناخت برخی ویژگی‌های چشم

 

 

مقدمه:

چشم یک ابزار اپتیکی پیچیده و دقیق است که همه روزه با آن سروکار داریم و از مزایای آن بهره مند می‌شویم. سیستم اپتیکی چشم از یک عدسی پیچیده برای ایجاد تصویر، یک اتاقک برای انتقال تصویر، پرده‌ای به نام شبکیه برای ثبت تصویر و در نهایت یک پردازنده به نام مغز برای دریافت تصویر و پردازش آن تشکیل شده است.

 

هدف:

چشم ما ویژگی‌های جالبی دارد که چون به آنها خو کرده‌ایم، اغلب از آن ساده می‌گذریم در حالیکه اگر با دقت بیشتری به جزئیات آن بپردازیم، می‌توانیم از آن برای ساخت وسایل جدید و یا درمان بیماری‌های چشم، ایده بگیریم. در ادامه قصد داریم، اجمالا به چند ویژگی چشم  اشاره کنیم.

  

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

برای بررسی برخی ویژگی‌های چشم انسان، فقط به چشمان خود، قلم، کاغذ و خط کش نیاز داریم!

 

آزمایش:

* چشم در مشاهده و ثبت تصویر اشیاء متحرک محدودیت دارد.

یک مداد را به آهستگی مقابل چشمانتان حرکت داده و مسیر آن را با چشم دنبال کنید. به تدریج بر سرعت حرکت مداد بیفزایید. خواهید دید که در سرعت‌های بالا، چشم از دنبال کردن مسیر حرکت مداد باز می‌ماند و پس از آن شما مداد متحرک را به صورت یک جسم پیوسته می‌بینید. اگر سرعت حرکت یک جسم خیلی کند باشد، مانند رشد یک گل و یا حرکت یک تکه ابر در آسمانی آرام، چشم نمی‌تواند حرکت آن را تشخیص دهد. به همین ترتیب مشاهده اجسامی که سریع حرکت می‌کنند نیز برای چشم مقدور نیست. سعی کنید سرعت حداقل و حداکثر را برای تشخیص وضوح جسم ارزیابی کنید. جالب است بدانید که در شرایط خاص می‌توانید اجسام سریع را به وضوح ببینید، مثل عکسبرداری از یک جسم متحرک با سرعت عکسبرداری بالا. در این صورت چشم قادر به دیدن واضح جسم نیست ولی عکس واضح است. همچنین با استفاده از لامپ‌های استروبوسکوپ که با بسامد مشخص روشن وخاموش می‌شوند امکان دیدن واضح اجسام متحرک است و در واقع به نحوی به چشم کلک زده می‌شود و این عیب چشم نادیده گرفته می‌شود.

توان دید چشم به فاصله اشیاء بستگی دارد.

کسی که چشمان تیز‌بینی دارد قادر است اشیاء دور را با دقت کافی ببیند اما چشمان ضعیف‌تر تنها اشیا نزدیک را می‌بینند. متخصصین برای تخمین قدرت بینایی چشم، تابلویی بر اساس حروف E در اندازه‌های مختلف طراحی کرده‌اند. در واقع تشخیص جهات این حروف در یک فاصله خاص، معیاری از توان دید چشم و قدرت تفکیک خطوط موازی است و اینکه شما از چه فاصله‌ای می‌توانید یک نفر را تشخیص دهید و یا دو نفر را از همدیگر جدا ببینید. فکر می‌کنید این توانایی شما به چه پارامترهایی بستگی دارد؟ جهت یادآوری می‌توان به جهت تابش نور به عنوان یکی از عوامل مؤثر اشاره کرد. توان تشخیص و تفکیک شما در هنگام غروب آفتاب، به خصوص در حالت رو به نور، به شدت کم می‌شود. از طرف دیگر عدسی چشم و همینطور شبکیه و حتی مغز هم در این مسئله نقش دارند. عوامل متعددی در توان تفکیک چشم اثر دارند از جمله: سلامت عدسی چشم و عضلات آن برای تطابق، وضعیت دیگر بخش‌های تصویرساز چشم، وضعیت و سلامت شبکیه، قدرت تحلیل و عدم خستگی مغز، همچنین قطر دهانه دیافراگم چشم که از طرفی در شب باز می‌شود و قدرت تفکیک را از نظر سیستم اپتیکی بالا می‌برد و از طرف دیگر در نور کم در شبکیه سلول‌های میله‌ای فعال می‌شوند که تفکیک کمتری دارند.

برای انجام آزمایش، می‌توانید چند دسته به صورت 4 خط موازی با پهنای مساوی که خط و فاصله بین آن‌ها مثلا از 1 میلیمتر تا 1 سانتیمتر باشد را مطابق شکل زیر چاپ کنید و در فواصل و شرایط نوری مختلف بدون ابزار اپتیکی مثل دوربین و با آن، تشخیص وضوح خطوط را بررسی کنید. نتایج مهمی از ویژگی‌های چشم در تفکیک خطوط بدست می‌آورید.

شما می‌توانید با سلیقه خودتان چنین خط‌هایی را رسم و چاپ کنید. جالب است بدانید که در چاپ خطوط ریزتر محدودیت چاپگر روی نظم خطوط اثر دارد که خود این مسئله قابل بررسی است.

می‌توانید قدرت تفکیک چشمتان را با دوربین تلفن همراهتان مقایسه کنید و بر اساس عدسی دوربین و عدسی چشم آن را بررسی کنید.

وجود نقطه کورداخل چشم ، یکی دیگر از ویژگی های آن است.

نقطه کور محلی است که عصب‌های چشم در آن نقطه جمع می‌شوند تا اطلاعات دریافتی را به مغز برسانند. این نقطه در بخشی از شبکیه قراردارد و بنابراین چشم در این قسمت دیدی ندارد. برای یافتن نقطه کور چشمتان می‌توانید به ترتیب زیر عمل کنید:

  • روی یک تکه مقوا، یک دایره کوچک آبی رنگ و یک دایره قرمز رنگ در امتداد هم و به فاصله ۱۵ سانتیمتر از یکدیگر رسم کنید.

  • کارت را در فاصله تقریبی ۷۰ سانتیمتری جلوی صورت خود نگه داشته و چشم راست خود را ببندید.
  • با چشم چپ به دایره آبی کاملا خیره شده و به آهستگی کارت را به صورت خود نزدیک کنید. اگر دقت کافی داشته باشید، متوجه خواهید شد که در موقعیت خاصی تصویر دایره قرمز محو شده و دوباره نمایان می‌شود. در این وضعیت، دایره روی کارت در نقطه کور تصویر شده و در نتیجه ما آن نقطه را نمی‌بینیم. با استفاده از روابط ساده هندسی می‌توان موقعیت نقطه کور را محاسبه کرد. البته ما بطور معمول اثری از نقطه کورنمی‌بینیم، چون مغز با تعمیم تصاویر حواشی این نقطه، تاثیر آن را از بین می‌برد.

بیشترین حساسیت شبکیه چشم روی محور اپتیکی چشم است که مسئول اصلی دید واضح است. اگر ما به چیزی خیره شویم در فاصله مناسب می‌توانیم آن را واضح ببینیم. اگر به جسمی خیره شویم ولی سعی کنیم جسم دیگری را ببینیم، تصویر آن در قسمت حساس شبکیه قرار نمی‌گیرد و وضوح بالایی ندارد. اگر قسمت حساس شبکیه شخصی صدمه ببیند و شخص مجبور باشد از سلول‌های اطراف استفاده کند، آن شخص دید دارد ولی وضوح دید ندارد و مجبور است برای خواندن و نوشتن از بریل استفاده کند. وقتی که به کلمه‌ای از کتاب وسط یک سطر خیره می‌شوید ببینید چند کلمه در اطراف آن قابل خواندن است. با تمرین و ورزش چشم می‌توان تا حدودی توان چشم در دید واضح کلمات بیشتر تقویت شود. این روش در برخی تکنیک‌های تندخوانی کاربرد دارد و فرد به جای دیدن واضح یک کلمه در هر خیره شدن به کلمه، چندین کلمه را واضح می‌بیند.

یکی دیگر از ویژگی‌های چشم، دید سه بعدی است.

یک جسم مثلا یک گلدان گل را انتخاب کرده و در حالی که چشم راست خود را بسته‌اید، با دقت به آن نگاه کنید. حال چشم چپتان را بسته و دوباره به گلدان نگاه کنید. آیا تفاوتی در این دو تصویر می بینید؟

در واقع هر چشم فقط یک تصویر دو بعدی از یک منظره می‌بیند اما به دلیل فاصله دو چشم، دو تصویر متفاوت از یک صحنه را با دو زاویه مختلف به مغز ارسال می‌کنند. مغز با پردازش دو تصویر و تلفیق آنها، یک تصویر کامل می‌سازد که شامل عمق و فاصله هم هست و در نتیجه هر سه بعد را دربرمی‌گیرد. وقتی که با یک چشم سعی می‌کنیم دو انگشت دو دست را در فاصله به هم برسانیم، معمولا خطا داریم و خطا هم غیر منتظره است. علت این خطا این است که با  دیدن صحنه با دو چشم از دو زاویه مختلف، با توجه به اختلاف منظر، جلو و عقب بودن دو جسم نسبت به همدیگر مشخص می‌شود ولی با یک چشم فقط یک زاویه دیده می‌شود و تصویری دو بعدی در چشم شکل می‌گیرد که عمق در آن جایی ندارد. این ویژگی چشم، اساس کار تلویزیون و اغلب تصاویر سه بعدی است. در واقع در تماشای این دستگاه‌ها، هر چشم یک تصویر مجزا را می‌بیند که هر یک از این دو تصویر با فاصله از یکدیگر و یا از دو زاویه مختلف از یک موضوع تهیه شده‌اند. به عبارت دیگر  اگر با یک چشم به تلویزیون سه بعدی نگاه کنیم همچنان آن را معمولی و یک بعدی می‌بینیم ولی با دو  چشم، دو تصویر که توسط دو قاب عینک با رنگ‌های مختلف و یا دو قطبشگر جدا شده‌اند، رویت می‌شود و تصویر نهایی سه بعدی خواهد بود. در زمین شناسی برای داشتن دیدی از پستی و بلندی‌ها، عکسبرداری در هواپیما، توسط دو دوربین در دو طرف بال‌ها گرفته می‌شود. این دو تصویر توسط ابزاری مانند دو چشم روی هم منطبق می‌شود و پستی و بلندی ها دیده می‌شوند.

*رنگ در چشم و دید:

چشم دارای دو نوع سلول‌های حساس در شبکیه است. سلول‌های میله‌ای که مسئول دید در نور کم هستند و تشخیص رنگی ندارند و سلول‌های مخروطی که سه نوع هستند که به سه ناحیه طیف مرئی حساس هستند. در نور کم، رنگ‌ها قابل تشخیص نیستند و سلول‌های مخروطی تحریک نمی‌شوند. در نور مناسب متناسب با رنگ اجسام یا منابع نوری، و طیف آن‌ها، ممکن است هر یک از سلول‌های مخروطی به اندازه متناسب با منبع تحریک شوند. در واقع چشم به طیف نور، حساس نیست و فقط به این سه رنگ حساس است و با ترکیب مناسب آن‌ها، رنگ‌های مختلف دیده می‌شود. برای آزمایش دید رنگی، بد نیست در نرم افزار پینت (paint) در کامپیوتر خودتان، به قسمت ویرایش رنگ بروید و به میزان مختلف از هر کدام، سیگنال‌های سبز و قرمز و آبی ترکیب کنید و رنگ‌های مختلف را ببینید. توجه کنید که این رنگ‌ها، فقط از ترکیب میزان مناسبی از هرکدام از این رنگ‌ها حاصل می‌شود. چشم ما طیف را نمی‌بیند و فقط رنگ که نتیجه سهم مختلف از هر کدام از سه رنگ سبز و قرمز و آبی است را می‌فهمد و از آن‌ها رنگ ایجاد می‌کند. می‌توانید برای بررسی پیشرفته‌تر یک طیف‌نما را بکار ببرید و بین رنگ و طیف واقعی ارتباط برقرار کنید. اساس کار دوربین‌ها، عکسبرداری و فیلمبرداری رنگی، چه آنالوگ و چه دیجیتال، همین سیستم است.

 

کاربردها:

  • از این خصوصیات طبیعی چشم، ایده‌های بسیاری گرفته شده است که از جمله آن‌ها می‌توان به دوربین عکاسی، عکاسی رنگی و نمایشگرهای سه بعدی اشاره کرد. همچنین با آشنایی به قابلیت‌ها و محدودیت‌های دید چشم، می‌توان آزمایش‌هایی را طراحی کرد.

 

سؤال پیشنهاد و نکته:

  • رنگ غالب در چشم شما کدام است. قرمز یا آبی؟ به علت تفاوت این دو رنگ فکر کنید.
  • چشم چگونه رنگ را تشخیص می‌دهد؟
  • چه ویژگی دیگر از چشم را می‌توانید ذکر کنید.

ایده پردازی:

  • شاید یکی از مثال‌های جالب کاربرد اندازه‌گیری با استفاده از چشم، کاری است که سربازها با استفاده از انگشت برای فاصله‌سنجی انجام می‌دهند. اگر مثلا ارتفاع تیر چراغ برقی را بدانید و انگشت را جلوی چشم حرکت دهید تا اندازه انگشت و تیر چراغ برق یکی شود می‌توانید با استفاده از روابط دو مثلث متشابه فاصله را تخمین بزنید.
  • شناخت چشم می‌تواند منشا خلق ایده‌هایی باشد که بسیاری از آن بهره برده‌اند. در کل شاید منبع بسیاری ایده‌ها طبیعت باشد. علاوه بر چشم انسان می‌توان چشم دیگر موجودات را نیز مطالعه کرد.
  • چشم شاید در ارزیابی تغییرات، چندان دقیق نباشد ولی در مقایسه بخش تغییر یافته و تغییر نیافته توانایی خوبی دارد و گاهی از بسیاری آشکارسازها حساس‌تر است. می‌توانید ابزاری برای مقایسه تغییرات اجسام به خصوص تحت تابش نورهای خاص پیش‌بینی کنید.
  • رنگ و طول موج هر چند قرابتی دارند ولی به هیچوجه یکی نیستند. ممکن است جسمی از نظر ما قرمز باشد ولی طیف آن، بخش‌های دیگر نواحی طیف را هم نشان دهد. با باریک کردن طیف نور تابشی، اطلاعات بسیاری از مواد خود را نشان می‌دهند که در نور وسیع‌الطیف دیده نمی‌شوند.
  • اگر به یک نقش یا رنگ خاصی با یک چشم برای مدتی خیره شوید سلول‌های شبکیه آن چشم اشباع می‌شوند و تفاوت جالبی بین دو چشم می‌بینید. ممکن است از این تغییر و سرعت بازگشت به وضع اول و یکسان شدن دو چشم برای ارزیابی سلامت سلول‌های شبکیه استفاده کرد.

آزمایش‌های مرتبط:

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با