Визначення роздільної здатності ока

Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Теоретична частина

Роздільна здатність ока як оптичної системи залежить від діаметра зіниці. Якщо перед оком розташований непрозорий екран з отвором, діаметр якого менший за діаметр зіниці, то роздільна здатність ока зменшується внаслідок дифракції світла на отворі.

Для проведення дослідження необхідно підготувати об’єкт спостереження і ряд отворів різного діаметра в непрозорому екрані. Для спостереження можна використовувати аркуш паперу з двома чорними точками на відстані 1 мм одна від одної. Як перешкоду можна використати аркуш паперу, в якому голкою проколюють отвори діаметром 0,3, 0,5, 1,0, 1,5 і 2,0 мм. Виконувати вимірювання зручно вдвох. Один з експериментаторів спостерігає крізь отвір чорні точки, а другий вимірює максимальну відстань від ока спостерігача до аркуша з точками, за якої крізь цей отвір дві точки ще видно роздільно.

Хід роботи

1. Візьміть один аркуш паперу та нанесіть олівцем дві точки на відстані 1 мм.
2. Візьміть другий аркуш паперу та голкою проштрикніть у ньому отвори різного діаметру d.
3. Встановіть перед правим оком аркуш паперу з отворами і спостерігайте крізь отвір діаметром 0,3 мм дві точки на іншому аркуші білого паперу. Поступово віддаляючись від аркуша паперу, визначте максимальну відстань, за якої дві точки ще не зливаються в одну, а видні роздільно. Занесіть результат вимірювань до таблиці.
4. Такі самі дії виконайте з отворами діаметром 0,5, 0,1, 1,5 і 2,0 мм. Результати вимірювань занесіть до таблиці.

Аналіз даних

1. Беручи відстань l між точками, що дорівнює 1 мм = 10^-3 м, за довжину дуги кола, а відстань від ока до аркуша паперу – за радіус кола R, обчисліть мінімальну кутову відстань φ між точками при спостереженні крізь отвори з діаметром 0,3, 0,5, 1,0, 1,5 і 2,0 мм за формулою

  (1).

2. Побудуйте графік залежності роздільної здатності ока φ від діаметра отвору в папері d.
3. Встановивши значення кута φ, яке практично не зменшується при подальшому збільшенні діаметра отвору в аркуші перед оком, оцініть лінійні розміри світлочутливих елементів сітківки ока – колбочок. У розрахунках можна прийняти, що відстань від рогівки до сітківки ока складає 18 мм, і вважати, що два точкових джерела світла реєструються оком як роздільні, якщо відстань між їхніми зображеннями на сітківці перевищує подвоєний діаметр колбочки.
4. Проведіть спостереження і розрахунки для правого і лівого ока.

 Таблиця 1 (ліве око) 

 Таблиця 2 (праве око)