Vad är den maximala förstoringen av det mänskliga ögat?

Ögat är hjärnans fönster mot världen. Det är ett optiskt instrument som översätter fotoner till elektriska signaler som människor lär sig känna igen som ljus och färg. Trots alla dess imponerande anpassningsförmåga har dock ögat - som alla optiska instrument - begränsningar. Bland dessa finns den så kallade nära punkten, bortom vilken ögat inte kan fokusera. Den närmaste punkten begränsar avståndet som människor kan se föremål tydligt.

Längst fram i ögat finns ett tufft, transparent lager som kallas hornhinnan, vilket är som en fast lins som inte kan justeras. Bakom hornhinnan finns en vätska som kallas vattenhaltig humor, som fyller utrymmet mellan hornhinnan och linsen. Linsen är transparent som hornhinnan, men den kan omformas för att fokusera på föremål på olika avstånd. Från linsen, ljus reser genom ett annat vätskeskikt som kallas glaskroppen till näthinnan - cellskiktet på baksidan av ögat som översätter ljussignaler till nervimpulser, som färdas längs optisk nerv till hjärnan.

När ljuset rör sig genom en lins böjs eller bryts det. Linsen böjer parallella ljusstrålar så att de möts vid en fokuspunkt. Avståndet från linsen till dess brännpunkt kallas brännvidd. Om ljuset studsar av ett föremål och sedan färdas genom en konvergerande lins böjs ljusstrålarna för att bilda en bild. Den punkt där bilden bildas och bildens storlek beror på linsens brännvidd och objektets placering i förhållande till linsen.

Förhållandet mellan brännvidd och plats för en bild definieras av linsekvationen: 1 / L + 1 / L '= 1 / f, där L är avståndet mellan en lins och ett objekt, L 'är avståndet från linsen till bilden det bildar och f är fokus längd. Avståndet från ögonlinsen till näthinnan är drygt 1,7 cm, så för det mänskliga ögat är L 'alltid detsamma; endast L, avståndet till objektet och f (brännvidden) ändras. Ditt öga ändrar brännvidden på linsen så att bilden alltid bildas på näthinnan. För att fokusera på ett objekt långt bort, justeras linsen till en brännvidd på cirka 1,7 cm.

Huruvida en lins förstorar ett objekt beror på var objektet är relativt objektivets brännvidd. Förstoringen ges av ekvationen M = -L '/ L, där - precis som i föregående ekvation - L är avståndet till objektet och L' är avståndet från linsen till bilden det bildar. Det mänskliga ögat har dock gränser; den kan bara justera sin brännvidd så långt, och så kan den inte fokusera tydligt på något närmare än nära punkten. För personer med god syn är närhetspunkten vanligtvis cirka 25 cm; när människor åldras blir den närmaste punkten större.

Eftersom L 'för det mänskliga ögat alltid är detsamma - 1,7 cm - är den enda parametern i förstoringsekvationen som ändras L eller avståndet till objektet som ses. Eftersom människor inte kan fokusera på någonting utanför den närmaste punkten, den maximala förstoringen av det mänskliga ögat - i termer av storleken på bilden som bildas på näthinnan jämfört med storleken på själva objektet - är vid den närmaste punkten, när M = 1,7 cm / 25 cm = .068 centimeter. Generellt definieras detta som 1x förstoring, och förstoring för optiska instrument som förstoringsglas definieras vanligtvis genom att jämföra den med normal syn. Bilder som bildas på näthinnan är inverterade eller upp och ned, även om hjärnan inte bryr sig - den lärde sig att tolka informationen som den får som om bilden i stället var höger uppåt.