理论教育 视力极限与人眼感知的有趣几何学

视力极限与人眼感知的有趣几何学

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:人眼的视力是有极限的,对距离很远却很大的物体会这样,对那些距离很近却很小的物体同样如此。一些文学作品有时会描写此类情景,比如契诃夫的小说《草原》中就有一段描述:瓦夏的眼睛很灵敏,他可以看到很远的地方。瓦夏的眼睛非常尖,所以他能看到更加有趣的世界。此时,我们就会突破视力的极限,将物体的很多细节看得一清二楚。但是,该答案是对视力正常的人而言的。这里的100步将一些视力稍差的人的可视范围也包括在内。

视力极限与人眼感知的有趣几何学

刚才我们讲到,若视角小于1′,视力正常的人辨别不出来。如果换成其他物体,道理也是一样的。不管远处物体的轮廓线条是怎么样的,若视角小于1′,视力正常的人将其辨别出来绝对是不可能的。此时对人眼来说,物体的形状只是一个点,根本看不清物体的形状,更谈不上大小了。这意味着,正常视力的极限为1′,这源于人眼的构造,具体的原因在这里就不说了,只从几何学的角度对其进行分析。

人眼的视力是有极限的,对距离很远却很大的物体会这样,对那些距离很近却很小的物体同样如此。以细小的微尘为例,就算它们距离很近,我们也看不清它们的形状。在我们的眼中,它们只是一个个小点。同理,对那些很小的昆虫,我们看它们的时候也无法看清它们的肢体是什么样的,因为视角小于1′。对太阳或者月球等星体而言,如果没有望远镜,同样无法看清它们表面的具体形态。

假如人眼视力的极限值小于1′,展现在我们面前的世界将是另外一番景象,我们将看得更深更远,如同“千里眼”一般。一些文学作品有时会描写此类情景,比如契诃夫小说草原》中就有一段描述:

瓦夏的眼睛很灵敏,他可以看到很远的地方。我们只能看到荒芜的草原,但是在他的眼中,那里却一片生机勃勃。他可以看到远处飞行的大雁,奔跑的狐狸、野兔,或其他很远的动物。若距离比较近,我们当然也可以看到这些动物,但是就算看到了,也并不意味着每个人都能看得非常仔细。瓦夏眼中却呈现出这样的情景:狐狸在追逐打闹,野兔在用小爪子洗脸,大雁在啄翅膀上的羽毛,甚至还有正在破壳而出的小燕子。瓦夏的眼睛非常尖,所以他能看到更加有趣的世界。我想,瓦夏眼中的世界一定美极了,因为他经常看着看着就入迷了,真是让人嫉妒不已。

若你也想把眼睛变得这么尖,只需要将视力的极限从1′提高到0.5′就行了,这好像一点儿也不难。

望远镜和显微镜之所以能看清物体的细节,就是利用了这个原理。这种仪器可以改变被观察物体发出光线的路径,从而使光线以较大的角度进入人眼,即物体的视角在进入眼睛的时候变大了。(www.daowen.com)

如果显微镜或望远镜的放大倍数为100,则我们可以用是眼睛视角100倍的视角来看物体。此时,我们就会突破视力的极限,将物体的很多细节看得一清二楚。月球的直径大约为3 500千米,而我们看到满月的视角为30′。对于月球上千米,即120千米长的物体,若不用任何仪器,只用肉眼观察,这个物体仅仅是一个黑点。但如果使用100倍的望远镜,将能够分辨月球上千米,即1.2千米长的物体。若换成更大倍数的望远镜,比如1 000倍,我们能看清长度为120米的物体。因此可以得出如下结论:假如月球和地球一样,上面也有工厂或轮船,我们完全可以用这种望远镜看到它们。

知道人眼的视力极限值为1′,那么日常生活中的很多现象就可以解释清楚了。视力的这一特点,决定了我们在看远处物体时,倘若距离大于或等于它大小的3 400(约57×60)倍,它对我们来说不过是一个点,根本看不清。因此,若有人告诉你,他在250米的距离上用肉眼看到一个人的模样,你想都不用想,就可以断定他在撒谎,除非他有超能力,不然这绝对不可能。原因是,我们两只眼睛之间的距离一般为3厘米,这意味着,在3×3 400厘米,即约100米的距离上,两只眼睛会连起来,变成一个点。炮兵目测距离时用的就是这个原理,在他们的理论中,如果远处那个人的眼睛是两个分开的点,则他的距离在100步(70米)之内。但是,该答案是对视力正常的人而言的。这里的100步将一些视力稍差的人的可视范围也包括在内。

【问题】对视力正常的人而言,如果使用一个3倍的望远镜,能看清10千米之外的骑马的人吗?

【解答】前面我们讲过,骑马的人的高度大约为2.2米,则在2.2×3 400≈7 000米的距离,这个人就是一个点。望远镜的放大倍数为3,即这个距离将会变成7×3=21(千米)。因此,在10千米的距离完全可以看清骑马的人。

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