Vernier CZ - Vybavení pro výuku přírodovědných oborů

Hloubka ostrosti

OEK
souprava pro optiku

Doporučené vybavení

Využijte následující pomůcky ze soupravy pro optiku OEK:

zdroj světla s různými obrazci
sadu stínítek
spojka s ohniskovou vzdáleností +20 cm
matné stínítko

Dále doporučujeme použít jako optickou lavici vozíčkovou dráhu TRACK.

Pro práci s optickou soupravou je vhodné mít v učebně možnost zatemnit okna.

Světločivné buňky lidského těla

Na sítnici se nachází přibližně 130 milionů světločivných buněk - tyčinek a čípků. Většina čípků se nachází ve středu sítnice (sítnicová jamka o průměru asi 1 až 2 mm, též zvaná žlutá skvrna). Čípky vyžadují pro svou funkci větší intenzitu světla než tyčinky, ale na rozdíl od tyčinek dokáží zprostředkovat i barevné vjemy.

Tyčinky, které se nacházejí ve zbytku sítnice, jsou zodpovědné za vidění v noci a jsou citlivější na světlo, ale neumožňují vidět barevně.

Při zobrazení spojkou se paprsky vycházející z jednoho zobrazovaného bodu protínají v určité konkrétní vzdálenosti od čočky. Pokud se v tomto místě nachází světločivná buňka sítnice, mozek obraz bodu zaznamená.

Když je zobrazovaná struktura příliš jemná

Mozek dokáže dva zobrazované body odlišit pouze tehdy, vznikají-li jejich obrazy na sítnici na dvou různých světločivných buňkách. Někdy je struktura, na kterou se díváme, příliš jemná (například pixely v moderních mobilních telefonech), takže obrazy dvou bodů jsou tak blízko sebe, že oba podráždí stejný čípek nebo stejnou tyčinku. V takovém případě nám oba body splývají do jednoho. To je někdy žádoucí, jako třeba v případě displeje telefonu. Ale jindy je to nežádoucí. V takovém případě si pomáháme dalekohledem nebo mikroskopem, čímž obrazy jednotlivých bodů dostaneme na sítnici dále od sebe.

Kdy vidíme rozmazaně

Někdy se naopak stává, že obraz jednoho bodu se zobrazí na více světločivných buněk současně. V takovém případě vnímáme obraz jako rozmazaný. Čím více buněk je takto "zasaženo", tím více rozmazaný se nám obraz zdá.

Může k tomu dojít tehdy, když obraz nevzniká přesně na sítnici, ale kousek před ní nebo kousek za ní.

Protože tyčinky a čípky nejsou nekonečně malé a nejsou na sítnici nekonečně hustě rozmístěné, malé posunutí vůči ideálnímu stavu nevadí.

Experiment s hloubkou ostrosti

Zdroj světla nastavte na obrazec "4", umístěte jej na optické dráze na značku "10 cm" a zapněte, aby svítil.
Spojku s ohniskovou vzdáleností +20 cm umístěte na značku "50 cm".
Stínítko umístěte na značku "90 cm", kde vzniká dokonale ostrý obraz. Stínítko v tomto experimentu je v roli sítnice.
Drobným posouváním stínítka ukažte, že se obraz při malém posunutí je stále ještě dostatečně ostrý, ale při větším se víc a víc rozmazává.

Vliv clony

Posuňte stínítko tak, aby obraz byl mírně (ale ne moc) rozmazaný.
Nyní umístěte před zdroj světla (obrazec "4") otočnou sadu clon nastavenou na největší otvor.
Postupně velikost otvoru zmenšujte a pozorujte se žáky, co se děje. Žáci uvidí jednak klesající intenzitu světla, protože menším otvorem prochází méně paprsků. Ale také uvidí postupné zvyšování ostrosti, protože čím dál méně paprsků obraz "kazí".
Vyzkoušejte, jak daleko může být od ideálního místa (= tam, kde je obraz dokonale ostrý) stínítko při velkém otvoru a při malém otvoru tak, aby obraz byl ještě dostatečně ostrý.

Shrnutí

Rozdíl vzdáleností nejvzdálenějšího a nejbližšího umístění stínítka tak, aby obraz byl ještě dostatečně ostrý, se nazývá hloubka ostrosti. Čím menší otvor při clonění použijeme, tím větší bude hloubka ostrosti, ale zároveň tím snížíme intenzitu dopadajícího světla.

Tento princip dobře znají fotografové.

Pokud lidské oko nedokáže správně zaostřovat kvůli problémům s čočkou nebo rohovkou, lze to korikovat brýlemi. Vzniká-li obraz místo na sítnici před ní, lze to korigovat rozptylkami, které obraz posunou na sítnici. Vzniká-li obraz až za sítnicí, korekci provedou spojky.

Pokud lidé brýle nemají, používají zcela intuitivně výše uvedenou metodu clonění - mhouří oči. Pokud uvidíte žáka, který ve snaze přečíst písmenka na tabuli mhouří oči, nejpíše potřebuje brýle.