31 Biofyzika

31-1 Akomodácia oka

Šošovky, ďalekohľady a mikroskopy sú zariadenia vytvorené človekom, ktorých účelom je, aby pomohli ľudskému oku, keď sa pozerá na veľmi vzdialený, alebo veľmi malý predmet. Ale aj samotné ľudské oko je zariadením, jedno z najduchaplnejších výtvorov prírody, ktoré je dodnes najvšestrannejším optickým zariadením. V podstate sa jedná o sústavu dvoch šošoviek (obr. 31.1), ktorej najdôležitejšiu šošovku tvorí rohovka (latinsky cornea), a druhá – schopná zmeny tvaru – je priehľadná šošovka, aj keď výstižnejšie by bolo povedať „pomocná šošovka“. Známou chorobou je zákal, keď šošovka sa zakalí, stane sa nepriehľadnou. Zrak je možné potom navrátiť tým, že šošovka sa odstráni a nahradí sa umelou šošovkou, alebo len okuliarmi, či umelohmotnými kontaktnými šošovkami umiestnenými na rohovke.

Obr. 31.1: Štruktúra oka..

Rohovka a šošovka vytvárajú spoločne obraz sledovaného predmetu na zadnej vnútornej strane očí, na fotocitlivej sietnici (lat. retina), v ktorej je nespočetne veľa nervových zakončení citlivých na svetlo. Vráskovec (lat. corpus ciliare) je sval strednej vrstvy očnej gule, ktorá je schopná zmeniť zakrivenie očnej šošovky, je schopná zväčšiť jej zakrivenie tak, aby oko bolo schopné sa nastaviť na predmety v rôznych vzdialenostiach. Oko nemá svaly, ktoré by zakrivenie šošovky boli schopné zmenšiť; schopnosť oka prispôsobiť sa rôznym vzdialenostiam, akomodácia, predstavuje, ako sa zdá, len schopnosť, že pri pôsobení svalov (vráskovca), sa stane šošovka vypuklejšou. Normálna, zdravá šošovka, ak sa vráskovec uvoľní, sa sploští a oko sa zaostrí na nekonečno, tj. šošovka vytvára na retine ostrý obraz tých predmetov, ktoré sú vo veľkej vzdialenosti (zaostrí na nekonečno). Zaostrením na blízke predmety potrebuje šošovka, aby napnutím vráskovca, ktorý je prstencový zväzok svalov, sa jej tvar stal vypuklejším, aby sa jej ohnisková vzdialenosť sa skrátila.

Šošovka ďalekozrakého oka (lat, hyperopia) v  uvoľnenom stave je príliš sploštené, nie je dostatočne silné, nemá dostatočne krátku ohniskovú vzdialenosť, aby predmety vo veľkej vzdialenosti zobrazil do správnej vzdialenosti, preto vráskovec sa musí pri pohľade do diaľky neustále napínať a oko sa rýchlo unaví. Šošovka krátkozrakého oka (lat. myopia) je v  uvoľnenom stave príliš silné, má príliš krátku ohniskovú vzdialenosť, a obraz vytvára pred sietnicou. Nakoľko pomocou svalov sa nevie prispôsobiť ďalekým predmetom, obraz bude neostrý.

V mladosti, u zdravých jedincov, je schopnosť oka zaostriť na predmety v  rôznych vzdialenostiach ešte veľmi vysoká , preto oko dieťaťa sa veľmi ľahko prispôsobí, aby videlo ostro, dokonca aj vtedy, keď si nasadí silné okuliare krátkozrakého človeka. Vekom táto schopnosť oka sa zhoršuje, u starých ľudí schopnosť zaostrenia často chýba.

Na obr. 31.2 je zobrazenie uvoľneného oka v prípade zdravého, krátkozrakého a ďalekozrakého oka. U krátkozrakého oka je šošovka príliš vypuklá, a tak obraz sa väčšinou vytvorí ešte pred sietnicou. Nakoľko také oko sa dokáže prispôsobiť jedine k predmetom, ktoré sú blízko, vzdialené predmety nevie zaostriť na sietnicu, vidí rozmazane. Na druhej strane, šošovka ďalekozrakého oka nie je dosť vypuklá, obraz sa vytvorí najčastejšie za sietnicou. V takom prípade sa oko dokáže ešte prispôsobiť k ďalekým predmetom, ale zlyhá, ak pozorovaný predmet je relatívne blízko. Optik okuliarmi vie pomôcť v obidvoch prípadoch: krátkozrakému konkávnymi (vydutými) šošovkami, ďalekozrakému konvexnými (vypuklými) šošovkami.

Predpokladajme, že krátkozraký človek nevidí ostro predmety, ktoré sú ďalej, než 90 cm. Akú ohniskovú vzdialenosť musia mať šošovky okuliarov, aby mohol vidieť ostro aj vzdialené predmety? Úloha je veľmi jednoduchá, pokiaľ ju sformulujeme odlišne: akú ohniskovú vzdialenosť musí mať šošovka, ktorá vytvorí virtuálny obraz pred okom vo vzdialenosti, ktorú oko je schopné vidieť ostro? K riešeniu musíme len napísať zobrazovaciu rovnicu 1∕_a + ¹∕_a′ = ¹∕_f, a to nasledovne (píšme v jednotkách centimeter, potom aj výsledky sú v tejto jednotke)

1 ∞ + 1 − 90 = 1 f ,odkiaľf = −90,

šošovka je teda rozptylka s ohniskovou vzdialenosťou 90 cm.
(Spomenieme, že optik v praxi udáva ohniskovú vzdialenosť šošovky pomocou dioptrií, čo je prevrátená hodnota ohniskovej vzdialenosti vyjadrenej v metroch. V našom príklade príslušné dioptrie:

1 − 0,9 m = −1,11 Daleboφ = 1 f = −1,11 m−1.

Veličina φ je nazývaná optická mohutnosť, jej jednotka je 1/meter. V praxi používaná jednotka D, či dpt. (dioptria) nie je jednotkou SI.)