Øjet og synet

Øjet og synet
Øjets opbygning
Øjet er opbygget som et kamera.
Yderst findes øjenlåget og tårekanalen,
som beskytter og holder øjet
rent for urenheder. Herunder findes
det optiske system - linsen og
blænden - og længere inde det lysfølsomme
medium, som registrerer
lyset.
I dette projekt vil vi gennemgå
øjets indretning og virkemåde, og
gennem en række eksperimenter vil
vi undersøge dets egenskaber.
Læs om øjets indretning, sæt
navn på de mærkede dele og forklar
deres funktion (udfyld skemaet nedenfor).
3
11
4
2
1 5
2
10
10
6
6
9
8
7
nr delens navn delens funktion
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Hvad er forskellen mellem tappe og stave og hvor mange er der af hver?
Disseker et øje
Spørg en slagter, om du kan få et kalveøje og disseker det. Eller lån en model
af øjet i biologisamlingen på din skole, og skil den ad.
Beskriv udseendet (farve og struktur) af de enkelte dele i øjet.
Orbit Projekt: Øjet og synet side 1

Optisk model af øjet
Ophæng en rundkolbe med flourescein og vand for enden af en optisk bænk.
Anbring en lampe, en irisblænde, linser og en mat plade på bænken (se figuren
nedenfor). Rundkolben forestiller glaslegemet i øjet, +15 linsen skal forestille
øjets egen linse, irisblænden øjets irisblænde og den forreste linse øjets
hornhinde. Den matte plade er stedet, hvor billeddannelsen i øjet sker.
Udfør nedenstående eksperimenter og tegn hver gang strålegangen i øjet
på omstående figurer.
(Se også vejledningen til optiske forsøg med linser - CD 293 og CD 295).
+15
1. Tænd lampen. Juster linsen foran kolben, så strålerne fokuseres på bagsiden
af kolben - og på den matte plade. I øjet er bagsiden af glaslegemet
det sted hvor billedet af det iagttagne objekt dannes. Er strålerne ikke fokuseret
her, står billedet ikke skarpt, og personen er da enten nærsynet
eller langsynet.
2. Ombyt linsen foran kolben med en +10, uden af ændre afstanden til kolben.
Hvor fokuseres strålen nu? Hvilken type synsfejl svarer det til? Prøv
at give kolben “brille” på, så strålen igen fokuseres på bagsiden (hvilken
linse sættes foran irisblænden?)
3. Ombyt linsen foran kolben med en +30, stadig uden at ændre afstanden.
Hvor fokuseres strålen nu? (flyt den matte plade til fokuspunktet). Hvad
kaldes denne synsfejl? Prøv igen at give kolben “brille” på, så strålen igen
fokuseres på bagsiden.
4. Placer igen +15-linsen foran kolben. Anbring et dias mellem lampen og
irisblænden. Herved dannes der et billede på kolbens bagside. Hvordan
vender dette billede? Hvorfor? Byttes der også om på højre og venstre?
Hvor vendes billedet, så det ses “korrekt”?
Tegn strålegangen i øjet
et normalt øje
Orbit Projekt: Øjet og synet side 2

et langsynet øje
uden brille
med brille
Akkomodation - Test af nærhedspunkt
et nærsynet øje
uden brille
med brille
Den mindste afstand, som vi kan stille skarpt på, kaldes nærhedspunket.
Dets beliggenhed varierer med alderen på næsten følgende måde:
alder nærhedspunkt/cm dioptrier/m -1
Mellem 40 og 60 år bliver de fleste mennesker langsynede og må begynde at
bruge briller. Nærhedspunktet angiver den mindste brændvidde f min , som linsen
i øjet kan antage. Brydningsevnen for en linse måles i dioptrier og defineres
som
D
= 1 f
min
(hvor f min skal måles i m og D derfor bliver m -1 )
Udfyld sidste søjle i tabellen med dioptrierne for hver alder.
Vi kan teste beliggenheden af nærhedspunktet med følgende metode:
Hold en knappenål med spidsen opad, foran det ene øje (det andet holdes
lukket) og fokuser på spidsen. Før knappenålen langsomt mod øjet, indtil billedet
af spidsen begynder at blive tåget. Lad en kammerat måle afstanden til
øjet med en lineal (pas på, at linealen ikke rører øjet). Test også det andet
øje og kontroller, om nærhedspunktet ligger i samme afstand for begge øjne.
Anvend ovenstående metode på nogle mennesker med forskellig alder i
din omgangskreds (lærere, forældre, søskende etc.) til at bestemme deres
nærhedspunkt. Find gennemsnittet for hver aldersgruppe og indfør tallene i
tabellen. Tegn kurver over nærhedspunkt og brydningsevne som funktion af
alderen.
Orbit Projekt: Øjet og synet side 3

Hvordan øjet fokuserer
Linsen er elastisk og ophængt i tynde
tråde (sener), som udgår fra en ringformet
muskel - ciliarmuskelen. Når
denne muskel er afslappet, er trådene
spændt og linsen strakt flad. Når muskelen
trækkes sammen, løsnes trådene
og linsen trækker sig sammen til
sin “naturlige” runding.
Hvorfor bliver vi da langsynede med
alderen? Er det muskelen, der bliver
slap? eller er det linsen der mister sin
elasticitet, og dermed sin evne til at
trække sig sammen?
Sædvanligvis føler vi ikke ciliarmuskelens
arbejde. Men prøv at gøre følgende
lille eksperiment:
Hold pegefingrene op foran øjnene. Den ene i en lille afstand og den anden
i strakt arm bagved. Luk det ene øje og fokuser med det andet, først på
den der er længst borte og derefter på den der er tæt på. Gentag dette nogle
gange. Hvordan føles det i øjnene?
Astigmatisme
Hornhinden er hos de fleste mennesker
ikke perfekt sfærisk (kugleformet). Derved
opstår der fejl i lysbrydningen. Denne
synsfejl kaldes astigmatisme. I svære
tilfælde kan det korrigeres gennem specialslebne
briller med såkaldte cylinderglas.
Vi kan undersøg vore øjne for astigmatisme
ved at betragte figuren til højre
med et øje ad gangen. I visse retninger,
som står overfor hinanden, ser vi cirkelbuerne
sorte og tydelige, i andre retninger
er de mere grå og utydelige (ind
imellem ligner det eger på et uroligt hjul).
Hvordan ser det ud, hvis vi fører bogen rundt i cirkler foran øjet? Hvis egerne
kører med rundt i samme retning, har vi ikke ret meget astigmatisme, men
hvis de helst står i en bestemt retning, eller kører modsat vej rundt har vi
astigmatisme i øjet. Prøv begge øjne - de er sjældent ens.
Den “blinde” plet
Sæt en plet på et stykke hvidt papir. Luk det ene øje (eller hold hånden for
det). Kig på den sorte plet fra en afstand på ca 25 cm og lad langsomt blikket
glide ud til en af siderne. På et tidspunkt “forsvinder” pletten. Hvis vi fortsætter
med at lade blikket glide ud til siden, dukker den på et tidspunkt op igen.
Prøv at lade blikket glide ud til en anden side. Dukker den blinde plet op
igen? Prøv også med det andet øje. Ligger de blinde pletter ens i begge øjne?
Er der en forklaring på det? Prøv at undersøge, hvor stort et synsfelt den
blinde plet dækker.
Den blinde plet er det sted på nethinden, hvor nerverne fra tappe og stave
samles og føres ind til hjernen.
Orbit Projekt: Øjet og synet side 4

Øjets opløsningsevne
Tegn to sorte streger på et stykke papir i afstanden d = 1 cm fra hinanden.
Hæng papiret op og find den afstand L, vi skal gå tilbage, før vi ikke længere
kan adskille linierne. Er det den samme afstand for begge øjne? Afhænger
afstanden af liniernes farver?
Afstanden L omsættes til en vinkelbue θ ved hjælp af udtrykket
− ⎛ ⎞
θ = tan 1 d
⎜ ⎟
⎝ L⎠
hvor tan -1 er den omvendte funktion til tangens. Omsæt θ til bueminutter, idet
1° = 60'. Da vinklen er lille, kan vi med rimelig nøjagtighed også anvende udtrykket
θ = d L
Ved lysets passage gennem en cirkulær åbning kan vi teoretisk beregne opløsningsevnen
som
θ
= 122 , ⋅
λ
D
Sammenlign denne teoretiske værdi med den målte (brug bølgelængden for
rødt lys (ca 600 nm) og sæt D = 2 mm.
Hvor langt skal vi være fra en bil før vi ikke kan adskille forlygterne fra hinanden?
(forlygterne sidder i en indbyrdes afstand af ca 1,5 m).
Stjernen Alfa Centauri er med en afstand på 4 lysår en af de nærmeste
stjerner på himlen. Den er en stjerne på størrelse med Solen. Hvor stor en
opløsningsevne skulle en kikkert have, for at vi kunne se denne stjerne som
en lille skive?
Måling af synsfeltet
v v,f
v v
0°
v = 0°
60
30
+90
0 -90
øje
Læg et stort stykke hvidt papir på bordet. Sæt et mærke midt på den ene
langside og tegn en stor halvcirkel med dette mærke som centrum. Anbring
nu en forsøgsperson således, at det ene øje (det venstre) er ud for mærket
og kigger lige frem mod en genstand på den anden side af papiret. Denne
retning sættes til 0°. Flyt nu en farvet genstand (f.eks. en tuschpen) ind i for
180
venstre øje
Orbit Projekt: Øjet og synet side 5

søgspersonens synsfelt langs halvcirklen helt ude fra venstre side og ind
mod midten. Forsøgspersonen siger til, når vedkommende første gang ser
genstanden (sæt et mærke på halvcirklen og mål vinklen v v , fra retningen 0°)
og senere igen, når vedkommende kan se genstandens farve (sæt et andet
mærke v v,f ). Gentag med en anden farvet genstand ført ind i synsfeltet fra
den anden (den højre) side og mål vinklerne v h og v h,f . Fortsæt med genstande
med andre farver (andre tuschpenne). Afhænger vinklen af farven? Gentag
det hele med det højre øje.
Vi bør også udføre ovenstående forsøg i andre retninger af synsfeltet. Vi
gør det nemmest ved at lade forsøgspersonen vippe hovedet på skrå, f.eks.
med hovedet vippet 30°, 60° og 90° i forhold til vandret til begge sider (mål
vinklen og fasthold hovedet i denne position ved at understøtte det).
Indfør målingerne i et skema som nedenstående og tegn derefter kurver
over synsfeltet for både venstre og højre øje (se figuren ovenfor). Punkterne
plottes i et såkaldt polært koordinatsystem med hovedvinklen v hoved afsat
rundt langs periferien og objektvinklerne v v henholdsvis v h afsat til begge sider
fra centrum.
venstre øje
højre øje
v hoved v v v v,f v h v h,f v hoved v v v v,f v h v h,f
0° 0°
Dybdeopfattelsen
Udfør følgende små eksperimenter
1. Hold to genstande foran næsen, den ene ca 15 cm og den anden ca 30
cm fra ansigtet. Blink nu skiftevis med det ene og det andet øje. Bemærk
at genstandene skifter plads. Hvilken genstand synes at flytte sig mest når
der skiftes mellem øjnene - den nære eller den fjerne? Hvorfor? Fænomenet
kaldes parallakseforskydning. Forklar hvad parallakseforskydning er
og hvoraf det kommer.
2. Hold nu begge øjne åbne og fokuser på den nære genstand. Bemærk at vi
nu ser to billeder af den fjerne - en på hver side af den nære. Hvorfor gør
vi det?
3. Hold en bogside op i normal læseafstand. Hold en genstand op 10 cm fra
bogen og vinkelret på linierne. Bemærk at selv om genstanden skygger for
nogle af bogstaverne, kan vi stadig læse uhindret. Hvorfor kan vi det?
(prøv i lukke øjnene på skift).
4. Hold pegefingrene horisontalt foran ansigtet, ca 15 cm fra øjnene, så fingerspidserne
peger mod hinanden, med ca 1 cm mellem fingerspidserne.
Lad blikket fokusere på en genstand 4-5 m borte (dvs. fokuser på noget
langt borte). Hvordan ser vi fingrene nu? Forklar!
Orbit Projekt: Øjet og synet side 6

Teori for dybdevirkningen
Billedet til højre forestiller øjnene, synsnerven
og synscentret i baghjernen. Bemærk at
synsnerverne fra begge øjnes højre nethindehalvdele
går til synscentret i højre hjernehalvdel
og modsvarende til den anden side.
Punktet A midt i synsfeltet afbildes i den
blinde plet, eftersom blikket i dette tilfælde
er rettet mod A. Fra hvilke nethindehalvdele
kommer de synsnervetråde som danner det
såkaldte synsnervekryds på undersiden af
hjernen? Fra hvilken del af synsfeltet (højre
eller venstre) kommer altså de impulser,
som går til synscentret i venstre hjernehalvdel?
Synet er indrettet sådan, at hvert punkt i
den ene nethinde modsvares af et bestemt
punkt i den anden nethinde. To sådanne
sammenhørende punkter kaldes for korresponderende
nethindepunkter. B 1 og B 2 i
billedet er korresponderende nethindepunkter.
Impulserne fra dem løber sammen
til en og til samme hjernehalvdel. På den
måde undgår vi dobbeltbilleder af genstande, som vi fokuserer på. Dobbeltsyn
kan nemlig opstå, hvis hver hjernehalvdel producerer sit eget billede af et
objekt i synsfeltet.
Ovenstående forsøg viser, hvordan vi opfatter genstande som liggende i
forskellig afstand. Normalt fremtræder genstande, som ikke ligger i synets
fokuseringspunkt, som dobbelte eller blot utydelige. Dette giver en oplevelse
af dybde i billedet (tredimensionalt eller stereoskopisk syn). Oplevelsen af
dybde forstærkes af perspektivet, og af genstandes tilsyneladende bevægelser
i forhold til hinanden, når vi selv bevæger os. Begge dele er noget hjernen
lærer sig gennem opvæksten. Men her kan hjernen også snydes, hvilket
vi skal se nærmere på i de sidste små eksperimenter.
Synsbedrag
Studer nedenstående figurer og besvar spørgsmålene.
Skriv førsteindtrykket ned og mål så efter med en lineal.
B
A
B 2
B 1
A 1 A 2
1. Hvilken delstreg er længst?
2. Er de fede gennemgående linier
parallelle?
A
B
A
A
3. Er de tykke tværgående liniers
enkelt dele forskudte eller gennemgående?
B
1 2 3
B
Orbit Projekt: Øjet og synet side 7

4. Hvilke af de sorte hovedlinier er
parallelle?
A
5. Ses terningen fra skråt fra oven
eller skråt fra neden ?
B
A
B
C
6. Ponzos jernbaneskinner: Hvilken
af de vandrette linier er
længst ?
4 5 6
7. Hvilken af de to midtercirkler er
størst?
A
A
e
8. Hvilket “e” er størst ?
B
B
e
9. Konig halsbåndet: Ligger overdelen
af cirklerne langs en vandret
linje?
7 8 9
10.Bruno Ernst: “Umulige figurer”
11.Hvor ses “de grå pletter”?
A
12.Hvad står der? (Bemærk at
hjernen selv sætter de manglende
streger).
B
10 11 12
Orbit Projekt: Øjet og synet side 8