Bài 31: Mắt

I. Cấu tạo quang học của mắt

Mắt là một hệ gồm nhiều môi trường trong suốt tiếp giáp nhau bằng các mặt cầu có chung một trục.

Từ ngoài vào trong, mắt có những bộ phận sau:

+) Màng giác (giác mạc): là lớp màng cứng, trong suốt có tác dụng bảo vệ cho các phần tử phía trong và khúc xạ các tia sáng truyền vào mắt.

+) Thủy dịch: là chất lỏng trong suốt có chiết suất xấp xỉ bằng chiết suất của nước.

+) Lòng đen: màn chắn, ở giữa có lỗ trống để điều chỉnh chùm sáng đi vào trong mắt. Lỗ trống này được gọi là con ngươi. con ngươi có đường kính thay đổi tự động tùy theo cường độ sáng.

+) Thể thủy tinh: là khối chất đặc trong suốt có dạng thấu kính hai mặt lồi.

+) Dịch thủy tinh: là chất lỏng giống chất keo loãng, lấp đầy nhãn cầu phía sau thể thủy tinh.

+) Màng lưới (võng mạc): là lớp mỏng tại đó tập trung đầu các sợi thần kinh thị giác.

Ánh sáng đi qua thủy tinh thể hội tụ rõ nhất tại hoàng điểm hay còn gọi là điểm vàng trên màng lưới.

Ở màng lưới có một vị trí, tại đó các sợi thần kinh đi vào nhãn cầu, chỗ này màng lưới không nhạy cảm với ánh sáng nên gọi là điểm mù.
Khi mắt nhìn một vật, ảnh thật của vật được tạo ra ở màng lưới.
Hệ tương đương một thấu kính hội tụ gọi là thấu kính mắt, tiêu cự của thấu kính mắt gọi là tiêu cự của mắt.
Mắt hoạt động như máy ảnh trong đó: thấu kính mắt có vai trò như vật kính, màng lưới có vai trò như phim.

II. Sự điều tiết của mắt. Điểm cực viễn. Điểm cực cận

1. Sự điều tiết

Là sự thay đổi độ cong của thủy tinh thể (thay đổi f) để cho ảnh của vật cần quan sát hiện rõ trên màng lưới.

Khi mắt ở trạng thái không điều tiết, tiêu cự mắt lớn nhất.
Khi các cơ mắt bóp tối đa, mắt ở trạng thái điều tiết tối đa và tiêu cự mắt nhỏ nhất.

2. Điểm cực viễn. Điểm cực cận

Điểm cực viễn $C_{v}$ : là điểm xa nhất trên trục chính mà vật đặt tại đó mắt còn nhìn rõ khi không điều tiết. Đối với mắt bình thường thì điểm cực viễn ở vô cực và khi không điều tiết tiêu điểm nằm ở màng lưới $f_{max}=OV$

Điểm cực cận $C_{c}$ : là điểm gần nhất trên trục chính mà vật đặt tại đó mắt còn nhìn rõ khi không điều tiết tối đa.

Ảnh nhìn thấy khi cận thị và bình thường

Càng lớn tuổi điểm cực cận càng xa mắt.
Khoảng cách giữa điểm cực viễn và điểm cực cận gọi là khoảng nhìn rõ của mắt. $OC_{v}$ là khoảng cực viễn, $OC_{c}$ là khoảng cực cận.

III. Năng suất phân li của mắt

Việc nhìn thấy một vật nhỏ, AB chẳng hạn, còn tùy thuộc vào kích thước ảnh A’B’ của vật đó trên màng lưới. Kích thước này phụ thuộc vào góc trông

Năng suất phân li của mắt là góc trông nhỏ nhất $\alpha _{min}$ giữa hai điểm A và B mà mắt có thể phân biệt được hai điểm đó.

Muốn mắt phân biệt được A và B thì $\alpha \geq \alpha _{min}$
Năng suất phân li thay đổi tùy theo từng người nhưng trung bình là:

$\varepsilon = \alpha _{min}\approx 1'\approx 3.10^{-4}rad$

IV. Các tật của mắt và cách khắc phục

1. Mắt cận (Cận thị)

Đối với người cận thị, ảnh của vật thông qua thấu kính mắt sẽ nằm phía trước võng mạc thay vì trong võng mạc như bình thường, do đó ảnh sẽ không nhìn rõ được. Độ tụ lớn hơn độ tụ mắt bình thường.

Khi không điều tiết : $f_{max}< OV$
Khoảng cách $OC_{v}$ hữu hạn.
Điểm $C_{c}$ gần hơn bình thường.
Cận thị có thể do bẩm sinh hoặc sử dụng thiết bị điện tử quá nhiều, sử dụng nơi thiếu ánh sáng làm mắt luôn phải điều tiết, tư thế ngồi học, bàn ghế học không đúng chuẩn học đường.
Cách khắc phục:

+) Đeo một thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp để có thể nhìn rõ vật ở vô cực mà mắt không phải điều tiết.

+) Có thể phẫu thuật điều chỉnh như phẫu thuật LASIK.

Nếu coi như kính đeo sát mắt thì tiêu cự của kính được xác định bởi:

$f=-OC_{v}$

2. Viễn thị (Mắt viễn)

Đối với người viễn thị, ảnh qua thấu kính mắt không hội tụ ở võng mạc mà lại hội tụ ở phía sau võng mạc. Độ tụ nhỏ hơn độ tụ mắt bình thường.

Khi không điều tiết: $f_{max}> OV$
Mắt viễn nhìn vật ở vô cực đã phải điều tiết.
Điểm $C_{c}$ xa mắt hơn bình thường.
Cách khắc phục: Đeo một kính hội tụ để có thể nhìn rõ các vật ở gần mắt như mắt bình thường.

3. Mắt lão

Với hầu hết mọi người ở độ tuổi trung niên, khả năng điều tiết giảm vì cơ mắt yếu và thể tủy tinh trở nên cứng hơn.
Khi bị mắt lão thì diểm cực cận $C_{c}$ rời xa mắt hơn bình thường.
Mắt không tật, mắt cận hay mắt viễn thì khi lớn tuổi đều có thêm tật mắt lão.
Cách khắc phục:

+) Phải đeo kính hội tụ tương tự ngưới mắt viễn.

+) Đặc biệt là người mắt cận, khi lớn tuổi thường phải đeo kính hai tròng có phần trên phân kì để nhìn xa và phần dưới hội tụ để nhìn gần.

Ví dụ: Một người đeo kính có độ tụ $D_{1}=+1 dp$ có thể nhìn rõ các vật cách mắt từ 100/7 cm đến 25cm.

a) Mắt bị tật gì. Để sửa tật này thì mắt phải đeo kính có độ tụ $D_{2}$ bằng bao nhiêu ?

b) Khi đeo kính có độ tụ $D_{2}$ , người ấy thấy rõ các vật gần nhất cách mắt bao nhiêu nếu kính đeo sát mắt ?

Lời giải:

a) Ta có: $f_{1}= \frac{1}{D_{1}}=-100cm$

Nhìn vật ở xa nhất: $d_{v}=25cm$ và $d'_{1}=-OC_{v}\rightarrow OC_{v}=100/3cm$

Nhìn vật ở gần nhất: $d_{c}=100/7cm$ và $d'_{c}=-OC_{c}\rightarrow OC_{c}=50/3cm$

Mắt bị tật cận thị

Để sửa tật cận thị thì mắt cần đeo thấu kính phân kì có độ tụ: $f_{2}=-OC_{v}=\frac{-1}{3}m\rightarrow D_{2}=-3dp$

b) Khi đeo kính nhìn rõ vật gần nhất $d'_{c}=-OC_{c}=-50/3cm$

V. Hiện tượng lưu ảnh của mắt

Năm 1829, nhà vật lý người Bỉ nhận ra rằng sau khi tắt ánh sáng kích thích trên màng lưới, trong 0,1s mắt người quan sát vẫn còn nhìn thấy hình ảnh của vật.

Hiện tượng lưu ảnh ở mắt được ứng dụng trong điện ảnh. Nhờ đó mà khi mát ta nhìn thấy các ảnh trên màn ảnh chiếu phim, trên màn hình tivi,… chuyển động.

VI. Bài tập

Bài tập 1: Một mắt viễn thị có điểm cực cận cách mắt 100cm. Để đọc được trang sách cách mắt 20cm, mắt phải đeo kính gì và có độ tụ bao nhiêu nếu đeo kính sát mắt.

Lời giải: Tại đây

Bài tập 2: Một mắt bình thường về già, khi điều tiết tối đa thì tăng độ tụ của mắt thêm 1 điôp. Xác định điểm cực cận và cực viễn của mắt.

Lời giải: Tại đây

Bài tập 3: Một người bị cận thị về già chỉ nhìn rõ những vật nằm trong khoảng từ 0,4m đến 0,8m.

a) Để nhìn rõ những vật rất xa mà mắt không phải điều tiết, người đó phải đeo kính $L_{1}$ có độ tụ bằng bao nhiêu? Xác định giới hạn nhìn rõ của mắt người đó khi đeo kính.