איך העין רואה: עדשה, רשתית וקוצר ראייה

• כיתה ז’
• אור ואופטיקה
• 7 דקות קריאה

המסלול של האור מהחפץ ועד הרשתית, למה התמונה בעין הפוכה, איך העין מתמקדת בקרוב וברחוק, ואיך עדשות מתקנות קוצר ראייה ורוחק ראייה. עם שני תרגילים פתורים.

התשובה בקצרה

העין היא מערכת אופטית, קצת כמו מצלמה:

1. הקרנית והעדשה שוברות את האור שמגיע מהחפץ ומרכזות אותו על הרשתית, בחלק האחורי של העין.
2. על הרשתית נוצרת תמונה הפוכה. תאים ברשתית הופכים את האור לאותות עצביים, והמוח מפרש אותם.
3. בקוצר ראייה האור מתרכז לפני הרשתית, ומתקנים בעדשה מפזרת. ברוחק ראייה הוא מתרכז מאחוריה, ומתקנים בעדשה מרכזת.

למי זה מיועד: לתלמידי חטיבת הביניים שלומדים אור ועדשות. כדאי להכיר קודם את עדשות מרכזות ומפזרות ואת שבירת האור.

החלקים של העין והדרך של האור

העין לא שולחת אור. היא קולטת אור שמגיע מחפצים, אם הם מאירים בעצמם, כמו מנורה, ואם הם מחזירים אור שפגע בהם. זה מוסבר במאמר על התקדמות אור בקו ישר. בדרך לרשתית האור עובר כמה תחנות:

• הקרנית: החלון השקוף והמעוגל בחזית העין. היא עושה את רוב השבירה של האור.
• הקשתית והאישון: הקשתית היא החלק הצבעוני של העין, והאישון הוא הפתח השחור במרכזה. באור חזק הקשתית מקטינה את האישון, ובחושך מגדילה אותו, כדי לווסת את כמות האור שנכנסת.
• העדשה: עדשה מרכזת וגמישה. היא משלימה את המיקוד, ויכולה לשנות את הצורה שלה.
• הרשתית: שכבה של תאים רגישים לאור בחלק האחורי של העין. חלק מהתאים מבחינים בצבעים, וחלק עובדים היטב באור חלש.
• עצב הראייה: מעביר את האותות מהרשתית אל המוח.

למה התמונה על הרשתית הפוכה

הקרנית והעדשה פועלות יחד כמו עדשה מרכזת. קרני אור שיוצאות מנקודה אחת בחפץ נשברות ונפגשות שוב בנקודה אחת על הרשתית. הקרן שעוברת דרך מרכז העדשה כמעט לא משנה כיוון. לכן קרן מראש החפץ ממשיכה באלכסון כלפי מטה ופוגעת בחלק התחתון של הרשתית, וקרן מהבסיס פוגעת למעלה. התמונה שנוצרת היא ממשית, הפוכה ומוקטנת.

אנחנו לא רואים את העולם הפוך, כי המוח מפרש את האותות מהרשתית ובונה מהם את התמונה שאנחנו מכירים.

איך העין מתמקדת: קרוב ורחוק

במצלמה מזיזים את העדשה קדימה ואחורה כדי לקבל תמונה חדה. בעין המרחק בין העדשה לרשתית קבוע, ולכן היא עושה משהו אחר: היא משנה את צורת העדשה. שריר קטן סביב העדשה מאפשר לה להתעבות כשמסתכלים על משהו קרוב, וכך היא שוברת את האור חזק יותר. כשמסתכלים רחוק, העדשה נעשית שטוחה יותר. היכולת הזו נקראת התאמה.

יש מרחק קרוב שממנו כבר אי אפשר לראות חד. עם השנים העדשה מאבדת מהגמישות שלה, והמרחק הזה גדל. זו הסיבה שאנשים רבים צריכים משקפי קריאה בגיל מבוגר.

קוצר ראייה ורוחק ראייה

• קוצר ראייה: העין ארוכה מדי, או שוברת את האור חזק מדי. קרניים מחפץ רחוק נפגשות לפני הרשתית, ועל הרשתית עצמה נוצר כתם מטושטש. רואים טוב מקרוב ומטושטש מרחוק. מתקנים בעדשה מפזרת, שפותחת מעט את הקרניים, כך שהעין מרכזת אותן רחוק יותר, בדיוק על הרשתית.
• רוחק ראייה: העין קצרה מדי, או שוברת את האור חלש מדי. הקרניים היו נפגשות מאחורי הרשתית, והקושי גדול במיוחד בהסתכלות מקרוב. מתקנים בעדשה מרכזת, שמוסיפה שבירה.

כוח של עדשה: דיופטר

במרשם של משקפיים לא כתוב אורך המוקד של העדשה, אלא הכוח שלה. הכוח נמדד ביחידה שנקראת דיופטר:

ככל שאורך המוקד קצר יותר, העדשה שוברת חזק יותר, והכוח שלה גדול יותר.

תרגיל פתור: מה כתוב במרשם

השאלה: בכרטיס של משקפיים כתוב −2.5 דיופטר. איזו עדשה זו, מה אורך המוקד שלה, ואיזו בעיית ראייה היא מתקנת?

שלב 1, סוג העדשה: הכוח שלילי, ולכן זו עדשה מפזרת.

שלב 2, אורך המוקד: f = 1 / D = 1 / (−2.5) = −0.4 m. הסימן השלילי רק מסמן עדשה מפזרת, ואורך המוקד הוא 40 סנטימטר.

שלב 3, הבעיה: עדשה מפזרת מתקנת קוצר ראייה.

התשובה: עדשה מפזרת עם אורך מוקד של 40 סנטימטר, שמתקנת קוצר ראייה.

תרגיל פתור: עד איפה רואים חד

השאלה: תלמידה קצרת ראייה רואה חד רק חפצים שנמצאים עד 50 סנטימטר מהעין. איזו עדשה תאפשר לה לראות חד חפץ רחוק מאוד? הניחו שהעדשה צמודה לעין.

שלב 1, מה צריך לקרות: מחפץ רחוק מאוד מגיעות קרניים מקבילות. העדשה צריכה לפתוח אותן כך שייראו כאילו הן יוצאות מנקודה במרחק 50 סנטימטר, המרחק שבו העין עוד רואה חד.

שלב 2, אורך המוקד: זה בדיוק מה שעושה עדשה מפזרת עם אורך מוקד של 50 סנטימטר: f = −0.5 m.

שלב 3, הכוח: D = 1 / (−0.5) = −2.

התשובה: עדשה מפזרת של −2 דיופטר.

הנקודה העיוורת

במקום שבו עצב הראייה יוצא מהעין אין ברשתית תאים רגישים לאור. אור שפוגע שם לא נקלט, ולכן המקום נקרא הנקודה העיוורת. בדרך כלל לא מרגישים בה, כי העין השנייה והמוח משלימים את החסר. כך תמצאו אותה:

1. ציירו על דף איקס משמאל ונקודה מימין, במרחק של כמה סנטימטרים זה מזה.
2. עצמו את העין השמאלית, והסתכלו עם העין הימנית רק על האיקס.
3. קרבו את הדף לאט לפנים והרחיקו אותו. במרחק מסוים הנקודה תיעלם, כי האור ממנה נופל בדיוק על הנקודה העיוורת.

איפה רואים את זה בחיים

• מצלמה בטלפון

  במצלמה יש עדשה מקדימה וחיישן מאחור, כמו קרנית, עדשה ורשתית. כדי למקד, המצלמה מזיזה את העדשה, והעין משנה את צורת העדשה.

• שחייה בלי משקפת

  מתחת למים רואים מטושטש. הקרנית שוברת אור בעיקר כי הוא עובר אליה מאוויר, ובמים השבירה הזו כמעט נעלמת. משקפת שחייה מחזירה שכבת אוויר מול העין.

• כניסה לאולם חשוך

  בכניסה לקולנוע בהתחלה לא רואים כלום. האישון מתרחב תוך שניות, אבל לרשתית לוקח כמה דקות להסתגל לאור החלש.

שאלות נפוצות

אם התמונה על הרשתית הפוכה, למה אנחנו רואים ישר?

כי מה שאנחנו רואים הוא הפירוש של המוח. המוח מקבל את האותות מהרשתית ומתרגם אותם לתמונה של העולם, והוא למד לעשות את זה כך שלמעלה נראה למעלה.

מה ההבדל בין העין למצלמה?

שתיהן מרכזות אור בעזרת עדשה על משטח רגיש לאור. ההבדל העיקרי הוא במיקוד: המצלמה מזיזה את העדשה, והעין משנה את צורת העדשה. בנוסף, בעין רוב השבירה נעשית דווקא בקרנית.

למה אנשים מבוגרים צריכים משקפי קריאה?

עם השנים העדשה בעין נעשית פחות גמישה, ולא מצליחה להתעבות מספיק כדי למקד חפצים קרובים. עדשה מרכזת במשקפיים מוסיפה את השבירה החסרה.

רוצים להתחיל את האור מהבסיס?

בקורס הפיזיקה לכיתה ז׳ יש פרק על אור: איך אור מתקדם בקו ישר, צללים וקרני אור. כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל בחוברת יש סרטון פתרון מלא. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ז׳

או מתחילים בחינם: חוברת כיתה ז׳, להורדה