Физика в быту

Безусловно, зрение – это очень важно. Но свет не только позволяет нам видеть, но и помогает мозгу синхронизировать физиологические процессы и обмен веществ со временем суток, то есть свет управляет нашими биологическими часами. Яркий дневной свет заставляет шишковидную железу мозга вырабатывать серотонин – гормон «бодрости и счастья». Причём важна не просто яркость света, а наличие сине-голубой составляющей – как в свете дневного неба. Чем ближе к вечеру, тем меньше остаётся голубого в спектре солнечного света, начинают преобладать красные цвета заката или света костра. Это сигнал для шишковидной железы, что пора прекращать производство серотонина и приступать к выработке мелатонина – гормона сна. Запомним: за 2–3 часа до сна голубого света в спектре источника быть не должно, а то потом не уснёшь! Но если и днём совсем не было голубого света, сон будет неглубоким, неполноценным (зимой в северных регионах у людей возникает «световое голодание»).

Шишковидная железа принимает сигналы не от тех рецепторов сетчатки, которые отвечают за зрение, а от специальных фоточувствительных клеток, залегающих в более глубоких слоях сетчатки. Поэтому даже при полной потере зрения свет может продолжать влиять на работу мозга.

Не получая дневного света, наши биологические часы начинают отставать: по каким-то причинам они добавляют к суткам лишние 30 минут. Дневной свет каждое утро перезапускает наши внутренние часы.

Как устроен глаз человека

Пора нам обсудить строение глаза, объясняющее особенности и нашего цветовосприятия и адаптации к изменяющимся условиям освещения.

Глаз как оптическая система похож на фотоаппарат: система линз, подобно объективу фотоаппарата, создаёт изображение внешнего мира на светочувствительной внутренней поверхности глаза – сетчатке. Основное преломление обеспечивает роговица – выпукло-вогнутая линза (как в наручных часах). Хрусталик, эластичная двояковыпуклая линза, может почти мгновенно менять свой диаметр, из-за чего изменяется его фокусное расстояние, и человек может чётко видеть и вблизи, и вдали. Радужная оболочка с круглым отверстием переменного диаметра – зрачком – играет роль диафрагмы, регулирующей поступление света в глаз. На ярком свете зрачок сужается, в темноте – расширяется, пропуская в глаз больше света.

Внутренняя оболочка глаза – сетчатка – состоит из светочувствительных рецепторов. Клетки-рецепторы делятся на два вида: колбочки и палочки. В них находятся особые светочувствительные пигменты. Под действием света они разлагаются, а в темноте снова восстанавливаются. Изменение химического состава пигментов вызывает раздражение волокон зрительного нерва, электрический импульс от которых передаётся в головной мозг.

Ночное зрение обеспечивают палочки (всего 130 миллионов палочек толщиной 2 микрометра). Они способны воспринимать свет очень малой интенсивности, но не различают цвета, потому что содержат только один сорт светочувствительного пигмента.

Дневное зрение обеспечивают колбочки (7 миллионов колбочек толщиной 6 микрометров). Они чувствительны к цветам, но зато менее чувствительны к интенсивности: для их работы требуется яркий свет.

Распределение рецепторов на сетчатке неравномерно. На ней есть особое место вблизи центра, называемое жёлтым пятном. Здесь преобладают колбочки, а палочек очень мало. К периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается, и остаются одни только палочки, поэтому в темноте мы лучше видим объекты «боковым» зрением. Кстати, если хотите в шутку напугать приятеля в темноте, вставайте прямо по курсу – и он вас не заметит; движение же сбоку, на периферии поля зрения, сразу привлечёт его внимание.

Диаметр желтого пятна около 1 мм, а соответствующее ему поле зрения глаза – всего 6–8 градусов. В жёлтом пятне к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва; вне жёлтого пятна одно волокно зрительного нерва обслуживает целые группы колбочек или палочек. Поэтому только в области жёлтого пятна, то есть в очень небольшом поле зрения, глаз может различать тонкие детали, причём только при ярком свете. Мы этот факт особо не осознаём, потому что при рассматривании предмета наш взгляд всё время беспорядочно перемещается по объекту, сосредотачиваясь на разных его участках – мы сканируем объект глазами, а мозг создаёт и хранит его целостный образ.