17 minute read
1.3 Hoe werkt het oog?
Je kent het wel: niets is vervelender dan ’s morgens door fel licht wakker worden. Maar hoe reageren je ogen daarop? 1 Onderzoeksvraag Hoe regelt het oog de hoeveelheid doorgelaten licht? 2 Hypothese • Als er te veel licht is, • Als er weinig licht is, . 3 Benodigdheden 4 Werkwijze 1 Werk per twee. 2 Sta bij het raam of een andere lichtbron. 3 Bekijk de grootte van elkaars pupil. 4 Bedek met je handen je ogen gedurende een minuut. 5 Haal je handen weg en bekijk onmiddellijk elkaars pupillen. 5 Waarneming a Hoe noemen we het gekleurde deel van het oog? b Hoe ziet de pupil eruit wanneer je bij het raam staat? c Hoe ziet de pupil eruit wanneer je je ogen afgedekt hebt? OPDRACHT 12 ONDERZOEK .©VAN IN
6 Verwerking a Schrap wat niet past.
•Bij fel licht verkleint / vergroot de pupil.
•Bij minder licht verkleint / vergroot de pupil.
b Waarom verkleint de pupil bij fel licht?
c Heb jij het verkleinen en vergroten van de pupil zelf onder controle?
7 Besluit De pupil 8 a Reflectie Vergelijk je hypothese met je besluit. b c Kon je het vergroten en verkleinen van de pupil goed waarnemen? ja neen Als dat niet lukte, hoe kun je dat vergroten en verkleinen beter waarnemen? De diameter van de pupil wordt geregeld door spieren in de iris. Die spieren liggen rond de pupil in twee groepen. • Kringspieren liggen in kringen rond de pupil. Kringspieren trekken samen om de binnenkant van je oog te beschermen tegen te veel licht. Zo zorgen ze ervoor dat de diameter van de pupil kleiner wordt. • Straalspieren lopen in de iris straalsgewijs weg van de pupil. Straalspieren trekken samen om bij lagere lichtintensiteiten toch voldoende licht in je oog te laten vallen, zodat je voorwerpen goed kunt waarnemen. Door het samentrekken van de straalspieren wordt de diameter van de pupil groter. De aanpassing van de pupildiameter gebeurt onbewust, als een reactie op de lichtintensiteit. Je hebt die reactie niet onder controle. We noemen die reactie de pupilreflex.
. ©VAN IN
straalspieren pupil iris kringspieren
Als de hoeveelheid binnenvallend licht afneemt, worden de straalspieren korter en trekken ze de pupilopening open. Het is belangrijk dat het netvlies wordt beschermd tegen een te hoge lichtintensiteit. Tegelijkertijd moet er voldoende licht zijn om een duidelijk beeld van voorwerpen te verkrijgen. Via de pupilreflex regelt de iris de hoeveelheid licht die er in het oog wordt toegelaten. Dat gebeurt door het ontspannen of samentrekken van de irisspieren: • bij weinig licht trekken de straalspieren samen en wordt de pupil groter; • bij veel licht trekken de kringspieren samen en wordt de pupil kleiner.
Afb. 30 Als de hoeveelheid invallend licht Als de hoeveelheid binnenvallend licht afneemt, worden de straalspieren korter toeneemt, trekken de kringspieren en trekken ze de pupilopening open. samen en wordt de pupilopening kleiner. Uit onderzoek blijkt dat mensen met grote pupillen aantrekkelijker worden gevonden. Daar werd al in de oudheid op ingespeeld: atropine, een zeer giftige stof uit het sap van de plant belladonna (wat ‘mooie vrouw’ betekent), werd door jonge meisjes in de ogen gedruppeld om de pupillen te vergroten en er aantrekkelijker uit te zien. Nog steeds gebruiken oogartsen atropine om het netvlies in je oog grondig te bestuderen. WEETJE
Afb. 31 Als de hoeveelheid invallend licht toeneemt, trekken de kringspieren samen en wordt de pupilopening kleiner. ©VAN IN ` Maak oefening 5 en 6 op p. 147.
B Op welke manier wordt het beeld in het oog gevormd?
OPDRACHT 13
Ook de grootte van het gaatje van de camera obscura heeft een invloed op het beeld.
Bekijk de figuur en schrap wat niet past.
Het licht dat je oog binnenvalt, moet door het kleine gaatje van de pupil. Hoe zit het dan met de lichtstralen van een grote boom die door die kleine pupil moeten? We illustreren dat aan de hand van een camera obscura. In een camera obscura lopen namelijk de lichtstralen van een voorwerp doorheen een gaatje in de donkere doos. Er wordt een omgekeerd en verkleind beeld op het scherm gevormd.
Afb. 32 Hoe vallen lichtstralen in het oog?
gaatje in de doos
Afb. 33 Camera obscura
doos scherm lichtstralen omgekeerd en verkleind beeld©VAN IN Hoe groter het gaatje, hoe minder scherp / scherper het beeld.
Als het gaatje te klein / te groot is, zijn er heel weinig lichtstralen die tot op het scherm geraken en mee
het beeld vormen. We kunnen dat verbeteren door het gaatje kleiner / groter te maken, maar dan zal het
beeld minder scherp of waziger worden.
Komt de beeldvorming in je oog overeen met de beeldvorming van de camera obscura?
1 Noteer door welke delen van het oog een lichtstraal gaat. Doe dat aan de hand van de figuur.
2 Wat is het grootste verschil in de manier van beeldvorming tussen de camera obscura en het oog?
3 Welke functie heeft de lens in je oog?
4 Bij de dissectie van het oog heb je duidelijk de ooglens kunnen bestuderen. Is de ooglens een holle of een bolle lens?
1 2 4 5
2143 5 Afb. 34 Welke invloed heeft een bolle lens op de richting van de lichtstralen? 1 Onderzoeksvraag Hoe wordt het beeld door een bolle lens gevormd? 2 Hypothese Formuleer een hypothese. 3 OPDRACHT 15 ONDERZOEK ©VAN IN 3 Benodigdheden
klein stukje papier (7 x 4 cm) reageerbuis met stop 50 ml water
4 Werkwijze
1 Schrijf de woorden ‘koolstof’ en ‘dioxide’ (in hoofdletters) onder elkaar op een blad papier. 2 Vul de reageerbuis met water. 3 Sluit ze af met een stop. 4 Houd de reageerbuis horizontaal enkele centimeters boven de woorden ‘koolstof’ en ‘dioxide’. 5 Kijk door de reageerbuis naar de woorden. 5 Waarnemingen Wat neem je waar? 6 Verwerking De wanden van de reageerbuis zijn gebogen, ze staan bol. Daardoor verandert de richting van de invallende lichtstralen op een zodanige manier dat er een omgekeerd beeld ontstaat. 7 Besluit Formuleer een besluit. 8 Reflectie a De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat: b Vergelijk je hypothese met je besluit. ©VAN IN
Lichtstralen die in je oog binnendringen, passeren een bolle ooglens vooraleer ze op het netvlies terechtkomen. Om te onderzoeken hoe een bolle lens werkt, kun je het gebogen glas van een reageerbuisje gebruiken. De gebogen wanden van de reageerbuis kun je namelijk vergelijken met de bolle lens in je oog. Wanneer lichtstralen op een bolle lens invallen, worden de lichtstralen gebroken en buigen ze af in de richting van de lijn door het midden van de lens. De afbuiging zal het grootst zijn aan de uitersten van de lens en nul in het midden. Evenwijdige stralen die invallen op een bolle lens, gaan na de lens door één punt. We noemen dat convergeren. hoofdas Bij het oog gaan invallende stralen eerst door de lucht, maar vervolgen hun weg door het doorzichtig hoornvlies, het waterig vocht in de voorste oogkamer, de lens en het glasachtig lichaam. Omdat al die middenstoffen een andere dichtheid hebben, worden de lichtstralen keer op keer afgebogen. Achter de lens snijden die lichtstralen. Daardoor wordt het beeld omgekeerd en verkleind geprojecteerd op het netvlies.
Het beeld in het oog wordt gevormd door het licht dat het oog binnenvalt. Het licht passeert meerdere structuren, die elk uit andere stoffen bestaan, en een bolle lens. Samen veroorzaken ze een afbuiging van de lichtstralen. Door die afbuiging van de lichtstralen verschijnt er op het netvlies een omgekeerd en verkleind beeld.
bolle lens Afb. 35 beeldpunten Op het netvlies wordt een omgekeerd en verkleind beeld gevormd van het object waar je naar kijkt. lens Afb. 36 ©VAN IN
C Hoe zorgt het oog voor een scherp beeld?
OPDRACHT 16
Ontdek hoe je scherp ziet.
1 Voer de opdracht uit en beantwoord de vragen. a Hou een potlood voor je en kijk ernaar. Wat zie je? b Blijf naar je potlood kijken. Zie je de leerkracht vooraan scherp? c Kijk nu naar de leerkracht vooraan. Wat zie je? d Blijf naar de leerkracht kijken. Zie je het potlood? e Welke structuur in het oog zorgt ervoor dat je beeld kunt scherpstellen? 2 Omcirkel de juiste antwoorden. Gebruik daarvoor afbeelding 37. • Bij een dichtbijgelegen voorwerp maak je de ooglens boller / meer afgeplat. • Bij een verafgelegen voorwerp maak je de ooglens boller / meer afgeplat. dichtbij veraf
bolle lens afgeplatte lens ©VAN IN
Afb. 37 Beeldvorming in het oog
We kijken voortdurend naar voorwerpen, veraf en dichtbij. Om telkens scherpe beelden op het netvlies te vormen van voorwerpen van verschillende afstanden, moet de ooglens zich kunnen aanpassen. Die aanpassing van de ooglens noemen we scherpstelling of accommodatie. Accommodatie komt erop neer dat de ooglens haar kromming moet kunnen wijzigen.
Hoe wordt de lens nu platter of boller? Daarvoor kijken we terug naar de bouw van het oog. De lens is met lensbandjes opgehangen aan het straallichaam. In het straallichaam zit de accommodatiespier. • Als de accommodatiespier ontspant wordt de diameter van de accommodatiespier groter. Er wordt aan de lensbandjes getrokken, die op hun beurt de lens plat trekken. Op die manier wordt op het netvlies een scherp beeld gevormd van voorwerpen die zich veraf bevinden. • Als de accommodatiespier samentrekt, wordt er niet aan de lensbandjes getrokken. Ze hangen dan slap, waardoor de lens haar natuurlijke, bolle vorm aanneemt. Op het netvlies wordt dan een scherp beeld gevormd van voorwerpen dichtbij.
voorwerp veraf voorwerp dichtbij
accommodatiespier in rust opgespannen lensbandjes afgeplatte ooglens accommodatiespier in rust opgespannen lensbandjes afgeplatte ooglens
accommodatiespier in actie ontspannen lensbandjes bolle ooglens accommodatiespier in actie ontspannen lensbandjes bolle ooglens Afb. 38 Schematische voorstelling van de accommodatie De lens kan niet onbeperkt boller worden. Als we een voorwerp steeds dichter bij onze ogen brengen, bereiken we een punt waarop het beeld niet meer scherp blijft. Dat is het punt waarop de lens haar maximale natuurlijke kromming bereikt heeft. Dat punt noemen we het nabijheidspunt. Het nabijheidspunt is het punt waarop het beeld nog net scherp is. De ligging van het nabijheidspunt is sterk afhankelijk van de kracht van de accommodatiespier en van de elasticiteit van de lens. ©VAN IN
De accommodatiespier kan de kromming van de ooglens aanpassen. • Als de accommodatiespier ontspannen is, zijn de lensbandjes aangespannen en is de lens plat. • Als de accommodatiespier opgespannen is, hangen de lensbandjes slap en is de lens bol.
Op die manier zorgt de accommodatiespier ervoor dat er op het netvlies een scherp beeld terechtkomt. Daardoor kun je zowel dichtbij als veraf staande voorwerpen scherp waarnemen.
` Maak oefening 7 en 8 op p. 147. D Waar liggen de fotoreceptoren en hoe zijn ze opgebouwd? A Algemene situering fotoreceptoren Het netvlies is opgebouwd uit meerdere lagen, elk met een andere functie. Van buiten naar binnen onderscheidt men vier lagen. 4321 Afb. 39 Lagen in het netvlies 1 De buitenste laag is een pigmentlaag, die donkere korrels bevat. Bij de dissectie van het oog kun je duidelijk waarnemen dat de binnenzijde van het oog zwartgekleurd is. Dat is te wijten aan de pigmentlaag. Die pigmenten absorberen al het licht dat in het oog valt, zodat het niet in de oogbal weerkaatst en verstrooid wordt. 2 Meer naar binnen toe ligt een laag die de lichtgevoelige cellen of de fotoreceptoren bevat. Die cellen vangen licht op en zetten het om naar een signaal of impuls. Er zijn staafjes en kegeltjes. 3 Op de laag met fotoreceptoren meer naar het binnenste van het oog toe, ligt een laag met bipolaire cellen. Dat zijn zenuwcellen die de lichtgevoelige cellen verbinden met de zenuwcellen van de vierde laag. Ze vormen de schakels tussen fotoreceptoren en het zenuwstelsel. ©VAN IN
4 In de vierde laag, nog meer naar binnen toe in het oog, liggen zenuwcellen of ganglioncellen, met lange uitlopers die samenkomen en zich verenigen tot de oogzenuw. Die zenuw doorboort het netvlies en loopt naar buiten, achter in het oog. Aan het andere uiteinde is de oogzenuw verbonden met de hersenen.
Op afbeelding 40 kun je zien dat de laag met ganglioncellen aan de binnenkant van het netvlies ligt. De pigmentlaag ligt tegen het vaatvlies. De verschillende lagen van het netvlies werken samen om het lichtsignaal op te vangen.
OPDRACHT 17
Bestudeer de vier lagen in het netvlies en beantwoord de vragen.
1 Welke laag ligt het dichtst bij de lens? 2 Welke laag ligt het verst verwijderd van de lens? 3 In welke laag komt het licht eerst terecht? 4 In welke laag wordt het licht geabsorbeerd? 5 In welke laag wordt het licht opgevangen? 6 Vanuit welke laag wordt de oogzenuw gevormd?
ganglioncellen kegeltjes staafjes bipolaire cellen pigmentlaag zenuwcellen Afb. 40 Bouw van het netvlies ©VAN IN tHema 02 HoofDstuk 1 91
7 Wat valt je op als je de volgorde van de ligging van de verschillende lagen van het netvlies bestudeert?
8 Welke eigenschap moet de laag met zenuwcellen in het netvlies zeker hebben? Verklaar.
B Bouw en ligging van de soorten fotoreceptoren De staafjes en de kegeltjes verschillen in vorm en in werking. De naam van deze cellen hangt samen met de vorm: de staafjes zijn langwerpig, de kegeltjes hebben een spitse vorm.
Afb. 41
kern richting van het licht kegeltje staafje Afb. 42 SEM-beeld van staafjes en kegeltjes De verspreiding van de twee soorten cellen is niet gelijk verdeeld over het netvlies. • In de gele vlek komen enkel kegeltjes voor. Het is de plaats op het netvlies waarmee je het scherpst kunt zien. Dat is omdat de dichtheid van fotoreceptoren er het grootst is: daar zitten het grootste aantal kegeltjes per oppervlakte-eenheid. De gele vlek ligt centraal in het netvlies, net in het verlengde van de optische as van de ooglens. • In de blinde vlek liggen er geen staafjes en geen kegeltjes, omdat de ©VAN IN • oogzenuw daar naar buiten treedt. Licht dat op die plaats van het netvlies invalt, wordt dus niet door de lichtgevoelige cellen geabsorbeerd. In de overige delen van het netvlies is de verspreiding van de kegeltjes vooral beperkt tot het centrum van het netvlies. Verder van dat centrum komen vooral staafjes voor.
kegeltje staafje
Het netvlies bevat twee soorten fotoreceptoren, de staafjes en de kegeltjes. • Staafjes zijn langwerpig van vorm. De staafjes liggen vooral aan de rand van het netvlies. • De kegeltjes hebben een spitse vorm. In de gele vlek, centraal op het netvlies, komen uitsluitend kegeltjes voor. Met dat deel van het netvlies kun je het beste zien. De blinde vlek is een plaats op het netvlies waar er geen staafjes en geen kegeltjes liggen. Het beeld dat daarop valt, zien we niet.
Afb. 43 Netvlies van het linkeroog
Afb. 44 In het centrum zie je kleuren, daar rondom zie je grijstinten. C Werking van de fotoreceptoren Fotoreceptoren zijn gespecialiseerde cellen die instaan voor de verwerking van de lichtprikkels. Ze bevatten lichtgevoelige kleurstoffen, fotopigmenten genoemd. Die fotopigmenten zorgen voor de omvorming van een lichtprikkel tot een zenuwsignaal. In de staafjes bevinden zich moleculen van het fotopigment rodopsine. Wanneer licht op een staafje invalt, wordt rodopsine afgebroken. Daarbij komt chemische energie vrij waarmee een zenuwsignaal in het staafje wordt opgewekt. Om opnieuw prikkelbaar te zijn, moeten de staafjes opnieuw rodopsine aanmaken. Daarvoor is vitamine A nodig. Het rodopsine in de staafjes reageert op alle golflengtes van het zichtbare licht; met staafjes kun je dus geen kleuren waarnemen. Staafjes zijn heel lichtgevoelig; dat wil zeggen dat ze een lage prikkeldrempel hebben. Er is maar weinig licht nodig om ze te prikkelen. Daardoor maken de staafjes het mogelijk om in de schemering of in het donker te zien. Er zijn drie soorten kegeltjes die elk gevoelig zijn voor een van de drie hoofdkleuren (rood, groen of blauw). De kegeltjes bevatten fotopigmenten die verwant zijn aan rodopsine, ook wat hun werking betreft. ©VAN IN
blauw groen rood
Staafjes vereisen weinig licht, omdat ze al bij lage lichtintensiteiten geprikkeld worden. Ze zijn dus erg gevoelig. Staafjes maken geen onderscheid tussen verschillende kleuren en worden vooral gebruikt om bij weinig licht nog te kunnen zien. Omdat de staafjes vooral aan de rand van het netvlies liggen, kun je daar dus enkel grijstinten waarnemen. Kegeltjes dienen voor kleurenzicht. Verschillende kleuren kunnen we zien doordat een of meerdere soorten kegeltjes geprikkeld worden en die kleuren gecombineerd worden. Kegeltjes vereisen een hogere lichtintensiteit om geprikkeld te kunnen worden. Ze zijn dus minder gevoelig dan staafjes. Beide soorten fotoreceptoren, de staafjes en de kegeltjes, vangen licht op. Dat kan door het fotopigment dat ze bevatten. Als dat pigment wordt belicht, wordt het afgebroken. Daardoor wordt de lichtprikkel omgezet in een signaal of impuls. Die signalen worden via de oogzenuw door het zenuwstelsel naar de hersenen geleid.
violet blauw- blauw- groen geel- oranjeviolet groen groen rood
lichtgevoeligheid 400 450 500 550 600 650 700 blauw geel oranje rood golflengte (in nanometer) APPLET HOOFD- KLEUREN Elk type kegeltje reageert op licht van bepaalde golflengtes. Daardoor zijn kegeltjes kleurgevoelige fotoreceptoren. Afhankelijk van de verhouding waarin de drie types kegeltjes geprikkeld worden, zien we de verschillende kleuren. Als bijvoorbeeld kegeltjes voor rood en groen gelijktijdig geprikkeld worden, zie je geel of oranje. Of je eerder geel of oranje ziet, hangt af van hoeveel kegeltjes voor rood en hoeveel kegeltjes voor groen geprikkeld worden. Kegeltjes zijn minder lichtgevoelig dan staafjes en hebben een hogere prikkeldrempel. Er moet dus meer licht zijn om ze te prikkelen. Ben je benieuwd welke kleuren je kunt krijgen met de drie hoofdkleuren? Test dan even uit!
Afb. 45 Lichtgevoeligheid van de drie soorten kegeltjes ©VAN IN ` Maak oefening 9, 10 en 11 op p. 148-149.
E Hoe worden lichtprikkels verwerkt?
OPDRACHT 18
Wat is het verschil in zien tussen kijken met één oog of kijken met twee ogen? 1 Hou met gestrekte linkerarm een balpen voor je met de punt omhoog en sluit één oog. Probeer nu met de top van je rechterwijsvinger de punt van de balpen te raken. Wat neem je waar? 2 Doe net hetzelfde maar nu met beide ogen open. Wat neem je waar? 3 Wat is het voordeel van kijken met beide ogen? Wat zie je in je beeld op de plaats van de blinde vlek? 1 Volg de instructies. a Houd je leerschrift verticaal met de armen gestrekt zo ver mogelijk voor je uit. b Knijp je linkeroog dicht. c Kijk met je rechteroog naar het witte bolletje. d Breng je boek langzaam dichter bij je rechteroog totdat het beeld van het sterretje op de blinde vlek valt. 2 Waarneming a Zie je een ‘gat’ in het beeld op de plaats van het sterretje? b Wat neem je dan waar? 3 Verklaring a Waarom zie je geen ‘gat’ op de plaats van de blinde vlek? OPDRACHT 19 ©VAN IN b Welke structuur in ons lichaam is daarvoor verantwoordelijk?
Ontdek een aantal optische illusies.
1 Bekijk de afbeeldingen en noteer je waarnemingen.
Wat zie je? Welke blauwe streep is de langste? Beweeg met je ogen over het beeld of beweeg het beeld langzaam heen en weer. Wat stel je vast? 2 Kun je uit de bovenstaande voorbeelden afleiden dat je ogen soms niet goed werken? Verklaar. ©VAN IN
Het eigenlijke zien gebeurt niet met onze ogen, maar wel met onze hersenen. Op het netvlies van beide ogen wordt in de gele vlek een omgekeerd, verkleind en scherp beeld van een voorwerp gevormd. De hersenen verwerken de twee netvliesbeelden tot één geheel. Daardoor heb je dieptezicht.
beeldpunten Op het netvlies wordt een omgekeerd en verkleind beeld gevormd van het object waar je naar kijkt. lens Afb. 46 Bovendien zie je de wereld niet omgekeerd en verkleind. Door ervaring interpreteren de hersenen de beelden als rechtopstaande beelden. Ook van de blinde vlek op het netvlies van beide ogen hebben we geen last. Er ontstaat geen ‘gat’ in het gezichtsveld, omdat de hersenen het beeld aanvullen. Het omringende beeld breidt zich uit naar het gebied van het ‘gat’. Gezichtsbedrog of optische illusie is iets wat je ogen zien, maar waar je hersenen een andere interpretatie aan geven. Afb. 47 Interpretatie van het netvliesbeeld door de hersenen Lichtprikkels worden verwerkt door de hersenen. Ze verwerken de twee netvliesbeelden tot één geheel waardoor je dieptezicht hebt. Door ervaring interpreteren de hersenen de beelden als rechtopstaande beelden. Op de plaats van de blinde vlek vullen de hersenen het beeld aan met het beeld van het omringende gebied. ©VAN IN
