10.1-The Human Eye

10.1-The Human Eye Important Formulae

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The human eye is a complex organ that plays a crucial role in the sense of vision. It is responsible for capturing light rays and converting them into electrical signals that are processed by the brain, allowing us to perceive our surroundings.

Structure of the Human Eye

The human eye consists of several important parts, each serving a specific function:

  • Cornea: The transparent, dome-shaped front part of the eye that refracts light entering the eye. It provides most of the eye's optical power.
  • Iris: The colored part of the eye that regulates the amount of light entering through the pupil. It can expand or contract to adjust the size of the pupil.
  • Pupil: The opening in the center of the iris that allows light to enter the eye. The size of the pupil changes in response to light intensity.
  • Lens: A transparent, flexible structure located behind the iris that further refracts light. It adjusts its shape to focus light onto the retina, a process known as accommodation.
  • Retina: The light-sensitive layer at the back of the eye that contains photoreceptor cells (rods and cones). Rods are responsible for low-light vision, while cones detect color and fine detail.
  • Optic Nerve: The nerve that transmits visual information from the retina to the brain, where it is interpreted as images.
  • Sclera: The white, protective outer layer of the eye that provides structure and support.
  • Vitreous Humor: The clear gel-like substance that fills the space between the lens and the retina, helping maintain the eye's shape.
Functioning of the Eye

The functioning of the human eye involves several processes:

  • Light Entry: Light rays enter the eye through the cornea, which bends the rays and directs them through the pupil.
  • Accommodation: The lens changes its shape to focus light on the retina. This allows us to see objects clearly at different distances. For distant objects, the lens becomes flatter, and for nearby objects, it becomes thicker.
  • Image Formation: Light is focused onto the retina, where an inverted image is formed. The brain later interprets this image as right-side-up.
  • Signal Transmission: Photoreceptor cells in the retina convert light into electrical signals. Rods respond to dim light, while cones are responsible for detecting colors and detailed vision.
  • Visual Processing: The optic nerve carries these electrical signals to the brain, specifically to the visual cortex, where the information is processed and interpreted as images.
Common Eye Disorders

Several common eye disorders can affect vision:

  • Myopia (Nearsightedness): A condition where distant objects appear blurry because the eye is too long, causing light to focus in front of the retina.
  • Hyperopia (Farsightedness): A condition where nearby objects appear blurry because the eye is too short, causing light to focus behind the retina.
  • Astigmatism: A refractive error caused by an irregularly shaped cornea or lens, leading to distorted or blurred vision at all distances.
  • Cataracts: A condition characterized by clouding of the lens, leading to decreased vision and eventual blindness if untreated.
  • Glaucoma: A group of eye conditions that damage the optic nerve, often due to increased intraocular pressure, leading to vision loss.
Care for the Eyes

Maintaining eye health is crucial for good vision:

  • Regular Eye Check-ups: Routine visits to an eye specialist can help detect and address issues early.
  • Protection from UV Light: Wearing sunglasses can protect the eyes from harmful ultraviolet rays.
  • Healthy Diet: Consuming foods rich in vitamins A, C, and E, as well as omega-3 fatty acids, can support eye health.
  • Limiting Screen Time: Taking breaks from screens can reduce eye strain and fatigue.


Diagram of the human eye. It shows the lower part of the right eye after a central and horizontal section.
Rhcastilhos. And Jmarchn., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

10.1 - मानव नेत्र (The Human Eye)

मानव नेत्र (Human Eye) शरीर का एक अत्यंत जटिल और महत्वपूर्ण अंग है, जो हमें देखने की क्षमता प्रदान करता है। यह प्रकाश को ग्रहण करके उसे मस्तिष्क तक पहुँचाता है, जहाँ उसे हम दृश्य रूप में पहचानते हैं।

नेत्र की संरचना (Structure of the Eye)

मानव नेत्र मुख्य रूप से निम्नलिखित भागों से मिलकर बना होता है:

  • कॉर्निया (Cornea): यह नेत्र का पारदर्शी हिस्सा है जो बाहर से प्रवेश करने वाली रोशनी को तोड़ता है।
  • पुतली (Pupil): यह नेत्र का काला गोल भाग है जो प्रकाश के अनुसार सिकुड़ता और फैलता है।
  • लेंस (Lens): यह पारदर्शी और उत्तल/ अवतल आकार का होता है जो प्रकाश किरणों को मोड़ता है और उन्हें रेटिना पर केन्द्रित करता है।
  • रेटिना (Retina): यह नेत्र का वह भाग है, जो प्रकाश संवेदनशील कोशिकाओं (cones and rods) से बना होता है, और यह दृश्य जानकारी को विद्युत संकेतों में बदलता है।
  • संज्ञा तंत्रिका (Optic Nerve): यह रेटिना से विद्युत संकेतों को मस्तिष्क तक पहुँचाता है।
  • आईरिस (Iris): यह रंगीन भाग है जो पुतली के चारों ओर स्थित होता है और पुतली के आकार को नियंत्रित करता है।
  • संज्ञा मांसपेशियाँ (Ciliary Muscles): यह लेंस की स्थिति को नियंत्रित करती हैं, जिससे आंख की फोकसिंग क्षमता बदलती है।
प्रकाश का अपवर्तन और फोकसिंग (Refraction and Focusing of Light)

नेत्र में प्रकाश की अपवर्तन क्रिया (Refraction) होती है, जिसमें प्रकाश की किरणें विभिन्न माध्यमों से होकर रेटिना तक पहुँचती हैं। जब हम किसी वस्तु को देखते हैं, तो प्रकाश की किरणें कॉर्निया और लेंस से होकर रेटिना पर एक स्पष्ट चित्र बनाती हैं। लेंस की आकार परिवर्तन की क्षमता को अक्मोडेशन (Accommodation) कहा जाता है।

नज़दीकी और दूर की दृष्टि (Near and Distant Vision)

जब हम नज़दीक की वस्तु को देखते हैं, तो लेंस की आकार में परिवर्तन होता है, जिससे वह वस्तु रेटिना पर स्पष्ट रूप से चित्रित होती है। दूर की वस्तु को देखने के लिए लेंस की आकृति सरल हो जाती है।

दृष्टि दोष (Defects of Vision)

दृष्टि में कई प्रकार के दोष हो सकते हैं:

  • मायोपिया (Myopia): इसमें व्यक्ति दूर की वस्तुएं नहीं देख पाता। इसका कारण लेंस का अत्यधिक उत्तल होना होता है। इसे काँच की concave lens से ठीक किया जाता है।
  • हाइपरमेट्रोपिया (Hypermetropia): इसमें व्यक्ति नज़दीक की वस्तुओं को नहीं देख पाता। इसका कारण लेंस का अधिक चपटा होना होता है। इसे convex lens से ठीक किया जाता है।
  • प्रिस्बोपिया (Presbyopia): यह वृद्धावस्था में लेंस की अक्मोडेशन क्षमता में कमी के कारण होता है। इसे भी convex lens से ठीक किया जाता है।
रंगों की दृष्टि (Color Vision)

मानव आँख तीन मुख्य रंगों (लाल, हरा और नीला) को पहचानने में सक्षम होती है। इन रंगों को रंग-ग्राम (Color Spectrum) कहा जाता है। रेटिना में तीन प्रकार की कोशिकाएँ होती हैं: लाल, हरे और नीले रंग के लिए।

मानव नेत्र में प्रकाश के व्यतिकरण का सूत्र (Formula for Refraction in Human Eye)

नेत्र में प्रकाश की व्यतिकरण क्रिया को गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$

यहाँ, $n_1$ और $n_2$ विभिन्न माध्यमों के अपवर्तनांक (refractive indices) हैं, जबकि $\theta_1$ और $\theta_2$ प्रकाश किरणों का कोण हैं।

What is meant by power of accommodation of the eye?

Solution:

The power of accommodation of the eye refers to the ability of the lens to change its shape in order to focus on objects at different distances. When viewing nearby objects, the ciliary muscles contract, allowing the lens to become thicker and more curved, increasing its refractive power. Conversely, when focusing on distant objects, the ciliary muscles relax, causing the lens to flatten. This dynamic adjustment enables clear vision at various distances.

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A person with a myopic eye cannot see objects beyond 1.2 m distinctly. What should be the type of the corrective lens used to restore proper vision?

Solution:

A person with a myopic eye should use a concave lens to restore proper vision.

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What is the far point and near point of the human eye with normal vision?

Solution:

The far point of the human eye with normal vision is infinity, meaning it can see objects clearly at a distance without any strain. The near point is typically around 25 centimeters (about 10 inches) from the eye, which is the closest distance at which the eye can focus on an object clearly.

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A student has difficulty reading the blackboard while sitting in the last row. What could be the defect the child is suffering from? How can it be corrected?

Solution:

The child may be suffering from a visual defect known as myopia or nearsightedness, which makes it difficult to see distant objects clearly, such as the blackboard from the last row.

This condition can be corrected with prescription glasses or contact lenses that help focus distant images on the retina. Additionally, an eye examination by an optometrist or ophthalmologist is recommended to determine the exact prescription needed.

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