Физика вокруг нас. Глаза

Прочитав заголовок, многие подумают, что тема настоящей статьи больше подходит для медицинского журнала, чем для технического. Наши постоянные читатели помнят, что в одном из предыдущих номеров журнала мы говорили о самом замечательном оптическом приборе — глазах, а изучением оптических приборов занимается отдел физики, называемый оптикой.

Многие тысячелетия человек жил в примитивных условиях, окруженный дикой и зачастую грозной природой. Наш предок — первобытный человек — выходил на заре в поисках пищи из пещеры и подолгу смотрел вдаль, выжидая дикого зверя или лесных обитателей. Его глаза привыкли смотреть только днем и только на отдалённые предметы. С наступлением сумерек он ложился спать.

Шло время. Изменялся образ жизни человека. Всё чаще и чаще ему приходилось смотреть на близлежащие предметы, например, при изготовлении топоров, посуды, предметов домашнего обихода, а позднее даже прясти. Лишь несколько столетий тому назад, после изобретения книгопечатания, человек стал смотреть на очень близкие предметы, читая книги. Читали люди преимущественно днем, так как искуственные источники света, которыми приходилось пользоваться человеку, не давали хорошего освещения.

Каждый из вас, наверное, знает, что дневное освещение гораздо лучше искусственного. Дневной свет является рассеянным, в то время, как искуственный свет (например, от электрической лампочки) дает сосредоточенный и направленный пучок. В этом легко убедиться, держа руку над освещенной книгой при дневном свете и вечером при освещении электрической лампочкой. В первом случае тени почти нет, исключая, конечно, момент, когда вас освещают непосредственно лучи Солнца, а во втором случае очень хорошо видна тень.

Есть еще одна существенная разница между естественным и искусственным освещением — это его цвет.

В свете электрической лампочки много оранжевых и желтых лучей, в то время, как при естественном, дневном освещении, мы имеем больше голубых и фиолетовых лучей.

Рост культуры и технический прогресс, изменяя образ жизни человека, приводят к тому, что жители городов и в немного меньшей степени сёл и деревень значительную часть своих занятий проводят при искусственном освещении. Предмет занятий человека стал более маленьким и как бы ещё ближе придвинулся к глазу.

Это изменение хорошо иллюстрирует такое сопоставление:

Первобытный человек

• Смотрел на далекие предметы;
• Пользовался только сильным освещением;
• Освещение было только дневное;
• Выполнял грубые примитивные работы.

Современный человек

• Смотрит на предметы, находящиеся вблизи;
• Пользуется гораздо более слабым освещением;
• Освещениев течение многих часов искусственное;
• Выполняет тонкую и точную работу.

Вы видите, что глазам приходится сейчас гораздо больше работать, а условия этой работы, то есть освещенность, значительно ухудшились. Мы явно не ощущаем, какую нагрузку получили наши глаза. Происходит это потому, что глаза обладают свойством приспособления к самым разнообразным условиям освещения, даже если эти условия вредны для зрения.

Очень часто нам кажется, что освещение вполне достаточное, так как мы видим ещё буквы в книге. Глаза обманывают нас в оценке освещенности, а вредные последствия сказываются лишь спустя некоторое время.

Только оптические приборы не ошибаются, но их, к сожалению, пока ещё нет в квартирах. Наверное в будущем, в каждой семье будет такой прибор, который можно будет купить в магазине, как сейчас мы покупаем термометр или барометр.

Среди многих физических величин, относящихся к свету, одна величина характеризует источники света (свечи, лампочки и т. п.), а вторая — эффект, вызываемый этими источниками, то есть освещенность. Источники света определяются силой излучаемого ими света, измеряемой в канделях (Канделя — это светосила источника света, равная светосиле обычной свечи. Такого определения для вас будет пока вполне достаточно).

Освещенность любой поверхности, на которую падает свет, измеряется в люксах. Если источник света со светосилой в 1 канделю находится на расстоянии одного метра от поверхности, то эта поверхность будет освещена с яркостью в 1 люкс (это очень слабое освещение).

Какова освещенность наблюдаемых глазом предметов? На пляже в летний солнечный день освещенность достигает 100 000 люксов. В тени дерева она равна 10000 люксам, а на веранде 5000 люксам. В комнате, у окна, освещенность равна приблизительно 2000 люксам. Интересно, что освещенность Земли в полнолуние составляет небольшие доли люкса.

Искусственный свет даёт меньшую освещенность, чем дневной. Освещенность различна в зависимости от потребностей: меньше в местах, где не работают (кладовые, коридоры. лестничные клетки и т. п.), и больше, где приходится иметь дело с предметами на небольшом расстоянии. Для чтения и писания достаточно вполне 100-200 люксов, но часовому мастеру нужно для его работы 500-1000 люксов.

Читая вечером книгу, вы, наверное, заметили, что при отодвижении книги от лампы значительно ухудшается освещенность страниц. Освещенность всегда обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника света. Так, например, двукратное увеличение расстояния вызывает четырехкратное уменьшение освещенности. Трехкратное увеличение расстояния вызывает девятикратное уменьшение освещенности и т. д. Это вполне понятно, ведь если одним и тем же кусочком масла намазать два (большой и маленький) куска хлеба, то на меньшем куске хлеба слой масла будет более толстым, а на большем куске — тонким.

А сейчас сделаем вывод, что физику-оптику полезно знать анатомию глаза, совершенно так же, как врачу-окулисту необходимо знать оптику.