موضوع تحقیق :
جذب نور در تاریکی با الگو از چشم گربه
ما زنده به آنیم که آرام نگیریم موجیم که آسودگی ما عدم ماست
خداوند بزرگ را سپاسگذارم که با لطف و کرم او توانستم قدم کوچکی در راه کسب علم و دانش و شناخت گوشه ایی از زیبائی های خلقت او بردارم.
تشکر و قدردانی می کنم از راهنمائیهای معلم عزیزم سرکار خانم درویش و سرکار خانم مقام و همچنین تشکر و قدردانی از زحمات و کمکهای جناب آقای دکتر سعید مروتی می نمایم.
مقدمه:
و آنچه را که در آسمان ها و زمین است و همه از اوست. به تسخیر شما درآورده اند، به درستی که در این امر نشانه هایی برای مردم اندیشمند است. (قرآن کریم)
از آیات شریفه ی فوق در می یابیم که هر چیز که در این جهان است بدون حکمت نیست و همگی به دلایلی خلقت یافته اند و خلقت موجودات صرفاً به دلیل ادامه ی چرخه ی حیات و بقای الکوسیستم نبوده بلکه اهدافی در آنها وجود دارد که خداوند همه ی آنها را خلق کرده تا افراد اندیشمند آنها را دریابند و در جهت بهبودی اوضاع جهان استفاده کنند.
با جهان مدرنیته ی امروز و با پیشرفت های فراوانی که جهان را متحول کرده است، وسعت دانش و اطلاعات انسانها افزوده گشته و جهان را به تفکری شگرف و بهتر واداشته و این امکان را به تمامی مردم جهان بخشیده است اما کسی که در آیات خدا تامل کند بیشتر موفق می شود.
دانشمندان بزرگ مبنای کار خود را بر این اساس قرار داده و باعث پیشرفت نسبی علم در جهان شده اند ما نیز همانند آنان می کوشیم تا به سهم خود از اسرار این جهان پرده برداریم و هر روز به علم و دانش تشنه تر شویم. تا همانند هم وطنان خود پرچم پر افتخار کشور را بر فراز جهان برافراشته و خدمت خود را به مردم عزیز میهنمان ثابت نماییم.
به امید یاری حق
فائزه قاجار – خرداد 83
فهرست
مقدمه
آناتومی چشم
اجزای چشم
پلکها
ملتحمه
صلبیه
قرنیه
عنبیه
مردمک
جسم مژگانی
بخش یووه آ
عدسی
زلالیه
زجاجیه
مشیمیه
شبکیه
چشمان گربه
حس بینایی گربه
گربه ها چگونه در تاریکی می بینند؟
تفاوت چشم گربه ها
تطابق چشمان گربه
نتیجه گیری
ضمیمه
منابع
آنوتومی چشم:
آناتومی چشم را ابتدا با بررسی کاسه چشم (orbit) آغاز می کنیم.
کاسه های چشم بصورت دو حفره اند که حاوی کره های چشم، عضلات، عروق و اعصاب مربوط به دستگاه اشکی، همراه با مقدار متغیری بافت چربی نرم می باشند. حفره کاسه چشم شبیه هرمی چهارضلعی است که راس آن در عقب واقع شده است. دیواره های داخلی راست و چپ کاسه چشم موازیند و توسط بینی از هم جدا شده اند. در هر کاسه چشم (اربیت) دیواره های داخلی و خارجی زاویه ای 45 درجه تشکیل می دهند در نتیجه زاویه بین دو دیواره خارجی قائمه می شود. شکل اربیت را به گلابی ای تشبیه می کنند که عصب بینایی (oftie nerve) دم آن را می سازد. قطر محیط قدامی قدری کوچکتر از ناحیه بلافاصله پشت لبه است، بنابراین حاشیه محافظ محکمی را می سازد.
اجزای چشم شامل:
– پلکها: پلکها پرده نازکی مرکب از پوست، عضله، بافت فیبروزی و غشاء مخاطی هستند که چشم را در برابر محرک خارجی محافظت می کنند. بعلاوه مقدار نور ورودی به چشم را تنظیم کرده و اشک را بروی کره چشم پخش می کنند. اگر پلکها کاملاً بسته باشند حدود 1% نور محیط وارد چشم می شود. وقتی پلکها باز هستند فضای بیضی شکلی را ایجاد می کنند که شکاف پلکی نام دارد طول آن حدود mm 30 و بیشترین ارتفاع آن در وسط حدود mm 12 است .
همچنین لبه های پلک حدود mm 2 عرض دارند..
– ملتحمه conjunctiva: غشاء مخاطی نازک و شفافی است که سطح داخلی پلکها و بخش قدامی صلبیه را می پوشاند. ملتحمه اولین جایی است که با محیط خارج یا میکروبها در تماس است و بنابراین احتیاج به محافظت دارد.
– صلبیه (اسکلرا) scleva: پوشش لیفی محافظ خارجی چشم است که متراکم و سفید می باشد. از نظر بافت شناسی شباهت قابل ملاحظه ای با قرینه دارد. علت شفاف بودن قرینه و غیر شفافی صلبیه، کم آب بودن نسبی قرینه است.
– قرنیه (cornea): یک بافت بدون رگ شفاف است که اندازه و ساختمان آن قابل مقایسه با کریستال یک ساعت مچی کوچک است. دارای دو سطح است که سطح قدامی آن محدب و سطح خلفی مقعر می باشد.
قرینه 6/1 قدامی سطح چشم را به خود اختصاص داده است.
– عنبیه (iris): دیافراگمی است که در جلوی عدسی و جسم مژگانی قرار گرفته و اتاق قدامی را از اتاق خلفی جدا می کند. عنبیه مقدار نور وارد شده به چشم را کنترل می کند. عنبیه روی عدسی قرار دارد و بدون حمایت آن دچار لرزش می شود.
مردمک Pupil: سوراخی است که در وسط عنبیه و کمی متمایل بطرف بینی قرار دارد و مقدار نور وارد شده به چشم را کنترل می کند. اندازه مردمک اساساً بستگی به تعادل انقباض و انبساط دارد. انقباض مردمک به علت فعالیت پاراسمپاتیک عصب جمجمه ای سوم و انبساط مردمک بعلت فعالیت سمپاتیک است.
– جسم مژگانی: حلقه ای بافتی به عرض 6 میلی متر است که از برآمدگیهای صلبیه تا ناحیه ایی در شبکیه امتداد دارد و دارای مقطع مثلثی است. جسم مژگانی دارای عضلات طولی، حلقوی و شعاعی می باشد که کششها و رها شدنهای عدسی را به عهده دارد.
– بخش یووه آ: که شامل عنبیه – جسم مژگانی و مشیمیه است. یووه آ لایه عروقی میانی چشم است و توسط قرنیه و صلبیه محافظت می شود. نقش آن تامین خون شبکیه است.
– عدسی (Lens): ساختمان شفاف و محدب الطرفینی است که درست در پشت عنبیه و مردمک و در جلوی فرورفتگی کم عمق وجه زجاجیه ای قرار دارد. عدسی توسط لیگامانهای محافظت کننده بنام زنولا در جای خود ثابت شده است. عدسی بدون عروقی، بی رنگ و کاملاً شفاف است دارای قطر حدود 9 میلی متر و ضخامت 4 میلی متر است. کپسول عدسی پرده نیمه تراوایی (کمی نفوذ پذیرتر از دیواره مویرگ) است که آب و الکترولیتها در آن می توانند نفوذ کنند. دارای 65% آب، 35% پروتئین و عناصر کمیاب مانند دیگر بافتهای بدن است پتاسیم موجود در عدسی از اغلب بافتها بیشتر است. اسید اسکوربیک و گلوتاتیون به هر دو شکل اکسید شده و احیا شده در آن وجود دارند.
زلالیه (aqueous): مایع شفافی است که شامل 98% آب و 4/1% کلرورسدیم و مقداری گلوکز و آمینواسید و ویتامین c می باشد. زلالیه مسئول ثابت نگه داشتن فشار داخلی چشم و ابعاد آن است.
زجاجیه: مایع ژله ای شفافی است که از شبکیه نامنظم از رشته های نازک و یکسان کلاژنی واقع در محلول بسیار رقیقی از نمکها، پروتئین و اسیدهیالورونیک ساخته شده و جزء اصلی آن را آب تشکیل می دهد. در قسمتی از ناحیه قدامی آن فرورفتگی برای قرار گرفتن عدسی وجود دارد.
– مشیمیه choroid: پرده ای عروقی است که به اپی تلیوم رنگ دانه دار شبکیه و نیمه خارجی آن خون می رساند. در بین شبکیه و صلبیه قرار دارد. تجمع رگهای خونی مشیمیه، تغذیه بخش خارجی شبکیه زیر آنرا تامین می کند.
شبکیه Retina:
رتین یک لایه نازک و ظریف، نیمه تراوا و چند لایه ای از بافت عصبی است که سطح داخلی 3/2 خلفی کره چشم را می پوشاند. گیرنده های نوری موجود در شبکیه محیطی بطور عمده از نوع استوانه ای است و سلولهای مخروطی در این ناحیه ضخیم تر از سلولهای مخروطی شبکیه مرکزی است. سلولهای میله ای مسئول دید سیاه و سفید و در شب هستند و سلولهای استوانه ای مسئول دید رنگی در روز هستند.
چشمان گربه:
چشمان بادامی گربه شیفتگان بسیاری دارد بطوریکه مصریان باستان در 5 هزار سال قبل نخستین بار گربه ها را به خانه های خود راه دادند. اما در چشمان گربه علاوه بر زیبایی چیزهای دیگری نیز نهفته است.
در اینجا به چند حقیقت باور نکردنی درباره حس بینایی گربه اشاره می کنیم:
– چشمان گربه حقیقتاً در تاریکی نمی درخشند بلکه غشایی که چشمان آنها را پوشانده است نورهای وارده را منعکس می نماید. بطوریکه بنظر می رسد چشمان گربه می رخشند. این غشاء انعکاس دهنده همراه با مردمک های بسیار بزرگ چشمان گربه، و نیز حساسیت چشمان گربه به اشعه ماوراء بنفش سبب می شوند تا گربه ها بتوانند در تاریکی بخوبی ببینند. اما باید دانست برخلاف تصور عامه یک گربه نمی تواند در تاریکی کامل چیزی را ببیند.
– توانایی گربه در تمایز میان درجات مختلف درخشندگی هفت برابر انسان است.
– بینایی محیطی یک گربه قوی نیست. اشیایی که در کناره های میدان بینایی یک گربه هستند تیره و تار دیده می شوند.
– زمانیکه یک شی در فاصله 6 تا 20 فوتی یک گربه قرار دارد بیشترین وضوح را در چشمان گربه دارا است.
از آنجا که چشمان یک گربه مناسب برای شرایط کم نوری هستند ممکن است این سوال پیش آید که در زمان درخشندگی نور خورشید یا زمان وارد شدن به یک محیط پرنور برای گربه مشکلاتی پیش آید که بتواند همچون یک فرد عادی محیط را ببیند.
زمانیکه چشمان ما انسانها بطور طبیعی عمل می نماید، مردمک از طریق کوچک کردن دو سوراخش به درخشش نور پاسخ می دهد. ضمناً اگر در مقابل این درخشش نور پلکهایمان را ببندیم ورود هرگونه نوری بداخل مردمکها قطع می شود. اما مردمکهای چشم گربه بصورت شکافهای عمودی هستند که بسادگی در زمان درخشش نور تنگ تر می شوند. گربه ها با بازوبستن پلکهایشان این شکاف را کمتر یا بیشتر پنهان می سازد، درست شبیه یک پرده کرکره.
این امر سبب می شود که گربه ها کنترل بسیار دقیق تری در مقایسه با سایر حیوانات بر روی مقدار نور ورودی به چشمهایشان را داشته باشند.
دانشمندان تخمین می زنند که گربه ها قادرند در 6/1 (یک ششم) نوری که ما انسانها برای دیدن نیاز داریم بوضوح همه چیز را ببینند.
گربه ها چگونه در تاریکی می بینند؟
گربه های خانگی بگونه ای رشد و نمو یافته اند که اغلب در شب به جستجوی شکار می پردازند. امروزه معنای این امر این است که شما وقتی ظرف غذا گربه تان را در یک آشپزخانه تاریک قرار می دهید گربه شما می تواند به آسانی از طریق بو کردن شکار را پیدا کند. در زمان قطع برق و موقعیکه انسان در تاریکی کورمال کورمال بدنبال شمع می گردد گربه می تواند در میان اتاق راه برود بدون آنکه به چیزی برخورد کند.
در چشم ما و در چشم گربه ها، مردمک چشم با تغییر شدت نور اندازه اش تغییر می کند. مردمک در تاریکی بزرگتر می شود تا نور بیشتری وارد چشم شود و در زمان تابش نور زیاد مثل نور خورشید کوچکتر می شود. در پشت مردمک یک غشاء لاستیک مانند وجود دارد که عدسی نامیده می شود. زمانیکه نور از میان آن عبور می کند آنرا فوکوس (متمرکز) می نماید. امتداد نور به مسیر خود در اتاقک داخلی چشم باعث برخورد به پرده ای بنام ریتن (شبکیه) می شود.
سلولهای عصبی ریتن (شبکیه) که میله ای و مخروطی نامیده می شوند از طریق عصب باصره یا اپتیک علامتها یا سیگنالهایی را به مغز می فرستند و مغز این سیگنالها را بصورت یک تصویر ثبت می نماید.
تفاوت چشم گربه ها:
چشم گربه ها دارای یک لایه مخصوص سلولی در پشت شبکیه یا ریتن است که Tafetum lucidum (یا فرش درخشان) نامیده می شود. این لایه براق سلولی همچون آینه عمل کرده و مجدداً نور را به سلولهای شبکیه بازتاب می نماید.
بنابراین در یک شرایط نسبتاً تاریک، چشمان گربه تمام نورهای موجود را جمع آوری کرده و به شبکیه این شانس مجدد را می دهد که تمام فتونها یا ذرات نور موجود را جذب نماید. گربه های خانگی تنها حیوانات مجهز به این دستگاه افزاینده نور نیستند بلکه گربه های بزرگی همچون ببرها، پلنگها، شیرها، آهوهای جنگلی، نهنگهای اقیانوسی و حتی سگهای خانگی نیز مجهز به این دستگاه فرش درخشان می باشند. اما باید توجه داشت که گربه ها نمی توانند در تاریکی مطلق چیزی را ببینند. در یک اتاق بدون پنجره ؟؟؟ شده، یک گربه احتیاطات لازم را تنها از طریق بوئیدن و بدقت گوش کردن هر چیزی که در اطرافش هست انجام می دهد و مهمترین نکته آنکه یک گربه چیزی حدود 48% از موهای صورتش را به احساس در فضایی که در آن قرار گرفته مورد استفاده قرار می دهد. اینکار از طریق مالیدن این موها به اشیای غیرقابل مشاهده در یک فضای تاریک صورت می پذیرد.
– برای سالهای متمادی دانشمندان معتقد بودند که گربه ها نمی توانند رنگها را ببینند. اما تحقیقات بعدی نشان داده اند که این امر درست نیست. با بردبراری زیاد و استفاده از غذا بعنوان پاداش می توانید به گربه تان بیاموزید که تفاوت میان برخی رنگها را به شما ابراز کند.
تطابق چشمان گربه:
چشمان گربه بدرستی با شکار شبانه خود تطبیق پیدا می کند مانند انسان گربه ها، چشمانی کاملاً در جلو و مستقیم دارند که این باعث شده گربه ها یکی از پستانداران با بهترین دید دو چشمی باشند (تقریباً 120 درجه) که اجازه می دهد به او به دیدن بهتر محیطها و مسافتها به هر ترتیب این دید دو چشمی کامل شده با دید یک چشمی تقریباً 80 درجه.
لنزهای گربه بسرعت حرکت می کند و قادر است بسرعت روی شکار زوم کند.
گربه ها دویست میلیون سلول میله ای دارند در مقابل 120 در انسان وجود دارد.
نتیجه گیری:
با توجه به دلایل و شواهد ذکر شده در می یابیم که قدرت بینایی گربه ها در شب خیلی بیشتر از انسانهاست و آنها با قدرت گیرایی حداقل نور موجود در محیط بیشترین استفاده را در جهت فعالیتهای خود می برند. اگر ما بتوانیم از این قدرت و از این خصوصیت لنز گربه الگوبرداری کنیم و لنزهایی بسازیم که در روشنایی قدرت جذب و ذخیره نور را داشته باشند و در شب از آن ذخائر استفاده کنیم کمک خیلی بزرگی در امر بهینه سازی مصرف انرژی کرده ایم.
چرا که صرفه جویی در روشنائی های شبانه و استفاده از حداقل روشنایی در خانه ها و خیابانها یعنی صرفه جویی در اتلاف انرژی و صرفه جویی در هزینه های سنگین جامعه و یعنی موفقیت در اقتصاد و استفاده بهینه از انرژی برای کارهای سازندگی و پیشرفتهای علمی- اجتماعی. (به امید تحقق این امر)
ضمیمه:
فاکتورهای علمی در روشنایی:
جنبه های فیزیکی روشنایی اهمیت عملی برای پزشکی دارند که ممکن است برای ارزیابی کفایت منابع نوری در کارخانه ها- مغازه ها کلاسهای درس و خانه مورد مشاوره قرار گیرد.
از جنبه های اصلی شدت نور است که طبق قرارداد برحسب لوکس (lux) اندازه گیری می شود یک لوکس برابر است با یک لومن در یک متر مربع.
روشنایی صحیح خستگی چشم را کم می کند و سرعت و کارآیی خواندن را زیاد می کند نوردهی ضعیف باعث بیماری چشم نمی شود اما خستگی چشم را زیاد می کند. شایعترین خطایی که دانش آموزان هنگام تنظیم منبع نوری می کنند گذاشتن یک لامپ مطالعه در جلوی خود روی میز است. از این مکان نور مستقیماً روی چشمهای خواننده منعکس می شود و باعث خیرگی (glare) می گردد. برای مطالعه بهترین منبع نوری یک لامپ التهابی یا فلوئورسانت است که از بالا بتابد و یک نور منتشر با حداقل خیرگی و سایه ایجاد کند.
رایجترین منابع نوری عبارتند از آفتاب، چراغ التهابی و فلوئورسانت است. آفتاب یک منبع نوری بسیار عالی اما کاملاً متغیر است و کنترل شدت آن دشوار است.
چراغهای التهابی شبیه به نور آفتاب هستند و جریان نوری مستمر و منتشری را برقرار می سازند.
لامپهای فلوئورسانت معمولی بر اساس یک جریان متناوب کار می کنند که باعث سوسوزدن می شود اما می توان دو لامپ فلوئورسانت را با هم جفت کرده و طوری تنظیم کرد که وقتی یکی از آنها در مرحله up است دیگری در مرحله down باشد و لذا سوسوزدن حذف شود.
فاکتورهای روشنایی که بر قابل رویت بودن موثرند:
الف- شدت : مقدار روشنایی نسبت مستقیم با بازده مطالعه دارد. ارتباط نزدیکی بین سن فرد و بزرگنمایی و روشنایی مورد نیاز وجود دارد. چون کودکان قدرت زیادی برای تطابق دارند می توانند نوشته های کوچک را در فضای نیمه تاریک با نگه داشتن کاغذ نزدیک به چشمان بخوانند. از سوی دیگر یک پیر چشم 48 ساله و کمی دوربین نمی تواند در روشنایی معمولی بدون عینکهای درشت کننده بخواند. زیرا قدرت تطابق را از دست داده است. نیاز اصلی در روشنایی داشتن نور کافی برای دیدن است وقتی این نیاز برآورده شود شدت نور و بزرگنمایی را می توان طوری تنظیم کرد که بازده کارایی بینایی زیاد شود. شدت نور روی یک شی نسبت معکوس با مجذور فاصله از منبع نوری دارد. اگر فاصله 6/0 ؟؟؟ چراغ مطالعه و صفحه زیاد شود و به 2/1 متر برسد نور روی صفحه به یک چهارم تقلیل می یابد.
ب) کنتراست: خواندن حروف سیاه از روی یک صفحه سفید از خواندن حروف سیاه روی یک صفحه ی آبی بسیار آسانتر است.
هنگامی که محیط 40-30 % تاریکتر از شی مشاهده شده باشد خستگی چشم به حداقل می رسد. لذا هنگام مشاهده صفحه تلویزیون بهتر است اتاق کاملاً تاریک نباشد.
ج- پخشندگی: از ایجاد سایه ها و پدیده لکه های نور باید اجتناب کرد. اما تولید لوازم نوری غیر مستقیم باعث افراط در پخشیدگی شده است. چراغ مطالعه های غیر مستقیم معمولاً نور ناکافی دارند زیرا روشنایی بر روی صفحه نوشته بمقدار زیادی کم می شود. این موضوع را می توان با مشاهده مقدار زیاد نور یک چراغ مطالعه متوسط که به طور ناخواسته روی کف اتاق می تابد نشان داد.
د- سن فرد: نیازهای روشنایی و سن ارتباط تنگاتنگی دارند دلیل آن افزایش مقدار روشنایی مورد نیاز برای فرد پیر چشم 45 ساله در مقایسه با یک فرد نوجوان است. گرچه توصیه نمی شود ولی کودکان سنین 7 تا 16 ساله می توانند در فضای نیمه تاریک بمقدار کافی مطالعه کنند در حالی که همان فرد 30 سال بعد کتابچه تلفن را فقط با بردن آن در کنار پنجره می تواند بخواند. برعکس بسیاری از افراد 50 تا 65 ساله که نیاز به اصلاح کامل برای پیرچشمی خود دارند هنوز می توانند نوشته های ریز را بدون عینک در آفتاب بخوانند. بطور کلی روشنایی باید بقدری کفایت کند که بتوان کارهای با دست را به راحتی و با کارایی انجام داد.
منابع و ماخذ:
1- کلیات چشم پزشکی ، تالیف: دانیل و وگان، مترجم : دکتر محسن ارجمند
2- کتب مربوط به دامپزشکی
3- رساله ی تحقیقاتی آناتومی چشم
4- سایت های اینترنتی
1
19