module 1: het oog

Science+ leerjaar 1
4 x 45 min, werk allen of in duo’s.
module 1: het oog
Je kijkt je ogen uit!
Een uitdrukking die regelmatig gebruikt wordt als er veel te zien is. Denk maar
aan de kermis of aan de Efteling. Toch zijn er ook momenten dat je niet zoveel ziet,
bijvoorbeeld in het donker of als je slaapt. Deze module gaat over van alles wat
met de ogen te maken heeft; de opbouw van een oog, hoe “kijk” je nu eigenlijk en
op welke manier kun je je eigen ogen voor de gek houden. Je komt veel
onderdelen tegen (diepte zien, gezichtsbedrog, microscopie) die in de andere
modules nog een keer terug komen. Zo kun je ontdekken hoe de diverse science+
vakken (natuurkunde, scheikunde en biologie) dezelfde onderwerpen vaak op
verschillende manieren onderzoeken.
Hoe ga je aan de slag?
Lees de teksten aandachtig door, en bestudeer ook de afbeeldingen. Vervolgens
maak je de opdrachten. Die opdrachten vind je aan het einde van elke
deelonderwerp.
Je werkt samen, maar dat betekent niet dat ieder de helft maakt. Samenwerken is
overleggen over de antwoorden, maar wel zelf over alles blijven nadenken.
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
1
De volgende onderwerpen worden behandeld:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
De ogen goed beschermd.
Bouw van het oog.
Werking van het oog.
Scherp kunnen zien.
Lenzen of een bril.
Diepte zien.
Optische illusie.
Deze module wordt afgesloten met een schriftelijke toets. Voor de toets krijg je de
antwoorden op de vragen uit deze module uitgedeeld.
1. De ogen goed beschermd.
Je ogen zijn kwetsbaar. Gelukkig liggen ze
goed beschermd in de oogkassen van je
schedel. Maar het oog wordt op meerdere
manieren beschermd. De wimpers en
oogleden zorgen ervoor dat er niet
gemakkelijk stofdeeltjes in het oog kunnen
komen. De wenkbrauwen zorgen ervoor dat
er geen zweet vanaf je voorhoofd in je ogen
terecht kan komen.
De oogbol zelf is ook sterk. De buitenste laag,
het harde oogvlies, zorgt voor de stevigheid
van de bol. Deze witte laag is aan de voorzijde
gelukkig doorzichtig. De doorzichtige kant is
ook stevig en wordt hoornvlies genoemd. In
paragraaf 2 meer over de bouw van de oogbol
en in paragraaf 3 over de bescherming tegen
teveel licht en het voorkomen van uitdroging.
oogkas
afb. 1 – menselijke schedel
afb. 2 – dwarsdoorsnede oog,
bovenaanzicht.
2. Bouw van het oog.
De oogbol bestaat uit vele onderdelen. Allereerst bestaat de bol uit 3 lagen. De
buitenste laag heet het harde oogvlies, de middelste laag het vaatvlies en de
binnenste laag het netvlies. Op het netvlies liggen lichtgevoelige cellen die licht
omzetten in elektrische signaaltjes, impulsen, die worden vervoerd naar de
hersenen. Impulsen worden door zenuwcellen vervoerd. Al deze zenuwcellen
samen vormen de oogzenuw. Door deze zenuw verlaten de impulsen het oog.
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
2
Door de oogspieren kun je je oogbol
bewegen. Er zijn zes oogspieren per oog. Er
zitten ook meerdere spieren in je oogbol. Zo
heb je spieren die de vorm van de lens
(tijdelijk) kunnen veranderen en zorgen
andere spieren ervoor dat de juiste
hoeveelheid licht in het oog komt.
Het oog wordt grotendeels opgevuld met het
glasachtig lichaam. Dit onderdeel zorgt
ervoor dat het oog een bol blijft en stevig is.
Het licht dat het oog binnenkomt via het
hoornvlies gaat door de voorste oogkamer,
valt door de pupil, gaat door de lens, door
het glasachtig lichaam totdat het op het
netvlies valt. Daar schijnt het op de
lichtgevoelige cellen.
3. Werking van het oog.
Licht dat op het oog valt zal door diverse
onderdelen van het oog worden afgebogen.
Het hoornvlies, de voorste oogkamer, maar
vooral de ooglens buigen het licht af. De
lichtstralen die precies midden op de lens
vallen worden niet afgebogen; de lichtstralen
die meer aan de rand van de lens het oog
binnenkomen wel (zie bron 4). De lens buigt
de lichtstralen zo af dat het beeld van het
voorwerp ondersteboven op het netvlies
komt. Gelukkig zorgen je hersenen er weer
voor dat je niet alles op zijn kop ziet!
De hersenen krijgen informatie van de
zintuigcellen in de ogen. Hier liggen twee
typen zintuigcellen: kegeltjes en staafjes. De
staafjes geven informatie over of iets donker
of licht is. Je kunt het vergelijken met zwartwit. De staafjes geven al impulsen aan de
hersenen als er maar heel weinig licht is. Als
het ’s avonds donker is kun je geen kleuren
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
afb. 3 – oogbol met oogspieren
Voorwerpen kunnen op twee
manieren zichtbaar zijn.
1) lichtbron: De vlam van de
kaars zendt zelf lichtstralen
uit. De gaan alle kanten op.
Voor de eenvoud zijn er
afb. 3 – oogbol
oogspieren
hier slechts
tweemet
getekend
in blauw.
2) weerkaatst licht: Licht van
andere lichtbronnen
weerkaatst op voorwerpen.
De weerkaatste lichtstralen
die ons netvlies bereiken
zorgen ervoor dat het
voorwerp zichtbaar is. Je
ziet hier twee weerkaatste
lichtstralen getekend in
rood.
Lenswerking: De lens zorgt
ervoor dat de lichtstralen weer
netjes bij elkaar komen, precies
op het netvlies. Dat geeft een
scherp beeld. Het beeld staat
wel ondersteboven.
afb. 4 – lichtbreking door de ooglens
3
zien. Je ziet dan contrasten. De kegeltjes
beginnen pas te werken als er meer licht is.
Zij geven kleurinformatie door. Er zijn drie
typen kegeltjes. De een is gevoelig voor rood
licht, de ander voor groen en de laatste voor
blauw licht. Toch kun je meer kleuren zien. In
je
hersenen
worden
de
impulsen
samengevoegd zodat je ook andere kleuren
kunt ervaren. Bij wit licht worden alle drie de
kegeltjes geactiveerd.
De kegeltjes liggen in je gele vlek. Deze ligt in
het midden van het netvlies, recht tegenover
de pupil. Hier liggen zoveel kegeltjes zodat er
bijna geen plaats is voor kegeltjes. Met dat
deel van het oog kun je dus goed kleuren
waarnemen en kun je gedetailleerd zien. De
staafjes vind je juist op de rest van het
netvlies. Als je recht vooruit kijkt valt het
onderwerp op de gele vlek, waardoor je het
onderwerp gedetailleerd kunt zien. In het
donker kan je dus juist recht vooruit kijkend
minder goed zien dan aan de randen. Je kunt
namelijk tot wel 80 graden links en rechts om
het centrum van het beeld zien. Dit noemen
we het perifeer beeld. In module 11 over
diepte zien komen we hier op terug.
Als het donker zullen je ogen zoveel mogelijk
licht opvangen. Dit gebeurt doordat de pupil
dan groot is en zo de maximale hoeveelheid
licht binnenlaat in het oog. Als er meer licht
uit de omgeving op het oog valt zal de pupil
kleiner worden.
kegeltjes
staafjes
kleuren zien
3 typen
veel licht nodig /
hoge drempelwaarde
veel in gele vlek
contrasten zien
1 type
weinig licht nodig /
lage drempelwaarde
veel naast gele vlek
bron 5 – kegeltjes en staafjes
Drempelwaarde
De minimale prikkel waarbij een
zintuigcel een impuls afgeeft wordt de
drempelwaarde genoemd.
bron 6 – drempelwaarde
afb. 7 – foto van netvlies met
duidelijk zichtbare gele vlek
Werking van de pupil
Bij zwak licht verwijdt de pupil zich om
zo veel mogelijk licht op het
lichtgevoelige netvlies toe te laten. Bij fel
licht vernauwt hij zich. Deze processen
worden gestuurd door twee sets spieren
in de gekleurde iris.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gespannen kringspieren
Ontspannen radiale spieren
Vernauwde pupil
Ontspannen kringspieren
Gespannen radiale spieren
Verwijde pupil
bron 8 – de werking van de pupil
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
4
4. Scherp kunnen zien.
De lens in je oog zorgt er voor dat er een
scherp beeld van het voorwerp waarnaar je
kijkt op het netvlies komt. Je kunt niet alleen
voorwerpen van dichtbij scherp zien, maar
ook van veraf. Dat is mogelijk omdat de lens
platter of boller kan worden. Met een bolle
lens zie je voorwerpen van dichtbij scherp en
met een platte lens zie je voorwerpen van
veraf scherp. Het boller worden van de lens
heet accommoderen en wordt uitgevoerd
door een kringspier, het straallichaam. De
lens hangt aan lensbandjes in het
straalvormige lichaam (de spier dus).
Als het straallichaam gespannen is, dan
hangen de lensbandjes slap, en neemt de lens
zijn natuurlijke vorm in. De lens is dan bol. Je
kunt dan goed dichtbij zien.
Als het straallichaam ontspannen is, dan
staan de lensbandjes straks gespannen en
trekken ze de ooglens platter. Zo kun je goed
in de verte kijken. Je kunt dit gemakkelijk
onthouden door te weten dat staren, in de
verte, ontspannend is. Je hoeft het
straallichaam immers niet aan te spannen!
bron 9 – accommoderen van de ooglens
bron 10 – accommoderen,
de rol van het straallichaam
Soms is een voorwerp te dichtbij om het scherp te zien. Je lens kan niet nog boller
worden. De afstand waarop je een voorwerp dichtbij nog net scherp kunt zien
wordt nabijheidspunt genoemd.
Als je ouder wordt neemt de elasticiteit van de oogbol af. Het oog kan dan minder
bol worden. Je hebt dan problemen met dichtbij zien. Het nabijheidspunt
verschuift dus met de jaren. Dat is de reden dat vele 50 jarigen met gestrekte
armen de krant moeten lezen.
Hoe kun je dit probleem oplossen?
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
5
5. Lenzen of een bril?
Je kunt veel oogproblemen oplossen door
lenzen te gebruiken. Dit kan in de vorm van
contactlenzen of een bril. Een lens helpt de
ooglens met het afbuigen van licht. Het
afbuigen van licht wordt lichtbreking
genoemd. In bron 11 kun je zien hoe een lens
ervoor kan zorgen dat een oog met een
afwijking toch een scherp beeld op het
netvlies kan krijgen.
De meeste oogafwijkingen die door een lens
gecorrigeerd kunnen worden veroorzaakt dat
het oog niet helemaal bolvormig is. Het oogas
is dan te lang of te kort. Als je jong bent kun je
een kleine afwijking soms corrigeren door het
straallichaam wat extra aan te spannen. Dit is
wel
vermoeiend
en
kan
hoofdpijn
veroorzaken. Een dragen van een bril of
contactlenzen is in dat geval een oplossing.
Een contactlens drijft op het hoornvlies. Er is
een grote variatie aan contactlenzen. Zo heb
je harde en zachte lenzen en is de ene weer
meer zuurstofdoorlatend dan de ander. Een
contactlensspecialist, opticien of optometrist
kan je adviseren welke lenzen het best
geschikt voor je zijn. Lenzen moeten goed
schoon gemaakt worden. De poriën kunnen
verstopt raken door eiwitresten en kunnen
ook allerlei vervelende ontstekingen geven
aan de ogen.
Oudere mensen hebben vaak een leesbril
nodig. Deze bril heeft ook “plus glazen”, zodat
zij ook op korte afstand nog goed kunnen zien.
Ook is het mogelijk een bril met een apart
leesgedeelte te hebben. Dan heeft de
onderkant van het glas een andere sterkte
dan de bovenkant. We spreken dan van een
multifocale bril of een varifocus bril.
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
A
B
C
D
E
F
A: goed werkend oog
B: verziend oog, problemen met dichtbij zien
C: verziend oog met positieve lens (bolle lens / + glas)
D: bijziend oog, problemen met veraf zien
E: bijziend oog met negatieve lens (holle lens / - glas)
bron 11 – lichtbreking bij oogafwijkingen
bron 12 – leesbril
Bron 13 – multifocaal glas
6
6. Diepte zien.
Eerst nog een klein proefje: zoek een
voorwerp in de klas, niet te dichtbij, wat je
gaat bekijken. Doe een hand voor je linkeroog
en kijk naar het voorwerp. Beweeg je hoofd
niet. Haal je hand van je linkeroog en doe hem
voor je rechteroog, kijk nogmaals naar het
voorwerp. Als het goed is, valt het op dat je
twee keer net iets anders ziet (en is dat niet
het geval, dan moet je de proef wel herhalen).
Met beide ogen zie je het voorwerp, maar wat
je eromheen ziet kan een beetje verschillend
zijn. Je twee ogen zien dus niet helemaal
hetzelfde. In je hersenen wordt het beeld van
twee ogen samengevoegd tot één beeld. Je
hebt bij biologie geleerd dat je hersenen uit
twee delen bestaan. In beide delen van je
hersenen komt een deel van beide beelden
terecht en wordt daar verwerkt. Op die
manier kun je diepte zien.
bron 14 – diepte zien
bron 15
7. Optische illusie
De hersenen verwerken de impulsen die van de
ogen afkomen. Dat gebeurt niet altijd helemaal
goed. Dat heeft niets te maken met je ogen, maar
wel met je verwachting, wat je denkt te gaan zien.
bron 16
Kijk naar de voorbeelden op deze pagina.
1. Het kleine meisje (bron 15) is tocht echt 2
keer even groot afgebeeld, meet maar na.
2. Wat staat er in het midden, 13 of B
3. Zijn dat knikkers op een plankje, of ...
4. Probeer maar eens zo’n doosje te
timmeren...
bron 17
Tijdens de eerste Novumdagen zijn jullie bij de
Escher tentoonstelling geweest. Zijn werken zijn
goede voorbeelden van optische illusies.
bron 18
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
7
2. met andere ogen.
De ogen van dieren.
Wij mensen kunnen kleuren zien, een beetje zien in het donker en ook nog diepte zien.
Lang niet alle dieren kunnen dat ook allemaal.
Veel dieren hebben ogen die veel minder zien dan onze ogen, maar
vaak hebben die dieren dat ook helemaal niet nodig en zijn ze op
andere manieren toegerust om hun leven te lijden.
Verschillende soorten ogen.
Oogvlekken zijn de meest eenvoudig ogen. Het zijn eigenlijk geen
ogen, maar lichtgevoelige cellen. Alleen licht of donker wordt
onderscheiden. Veel wormensoorten hebben deze oogvlekken. De
oogvlekken zitten verspreid over het hele lichaam van de worm.
Bekerogen zijn oogvlekken in de vorm van een beker.
Bijvoorbeeld slakken hebben bekerogen. Met deze
ogen kan een slak bepalen uit welke richting het licht
komt. Doordat de bekerogen op steeltjes zitten kan
een slak om zich heen “ kijken”.
Facetogen of samengestelde ogen. Een
heleboel piepkleine oogjes in een groep
bij elkaar. Elk facetoog bestaat uit een
lens met daarachter een lichtgevoelige
cel. Insecten hebben facetogen.
Ieder oogje ziet een apart beeld.
Insecten zien de wereld waarschijnlijk
als een mozaïek van stipjes. Hierdoor
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
8
kunnen ze wel heel goed bewegingen waarnemen. En hoe meer oogjes, hoe beter het
beeld. Een libel heeft enorm goede facetogen met meer dan 30.000 oogjes. Daarmee ziet
hij een beeld dat zo scherp is als een slechte grofkorrelige krantenfoto.
Spinnen (als voorbeeld)
Een spin heeft acht ogen waarmee hij zijn omgeving in de
gaten houdt. Deze acht ogen zijn niet allemaal hetzelfde.
Zo heeft bijvoorbeeld de Jachtspin twee hoofdogen. Deze
twee ogen zitten voor in de kop. De andere ogen zijn bijogen, die niet kunnen bewegen en twee aan twee verspreid over de kop zitten. Ze kijken
in alle richtingen. Sommige paren zijn bedoeld om dichtbij te zien, andere veraf. Het is
onbekend of de spin alle bij-ogen tegelijk gebruikt of dat hij steeds overschakelt naar
een ander paar ogen.
Zoogdieren, vogels en vissen.
Alle zoogdieren, vogels en vissen hebben ogen met een doorzichtig hoornvlies.
Daarachter zit de pupil en de lens. De lens kan boller en platter worden, waardoor ze
scherp kunnen zien.
Niet alleen het soort ogen dat een dier heeft bepaalt wat hij of zij ziet, maar ook de plaats
van de ogen. Bij ons mensen staan de ogen naar voren gericht, bij bijvoorbeeld een
paard, staan de ogen veel meer aan de zijkant van het hoofd. Hoeveel je van de omgeving
in een keer kunt zien wordt gezichtsveld genoemd.
Voor prooidieren, als konijnen,
herten en vele anderen is het
heel belangrijk dat ze een groot
gezichtsveld hebben. Ze hebben
dan een grotere kans om aan een
roofdier te ontkomen. Een nadeel
van een groot gezichtsveld is dat
je weinig diepte ziet. Een roofdier
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
9
heeft niet zo’n groot gezichtsveld, maar kan veel diepte zien. Op die manier kan het dier
een juiste inschatting maken om een prooidier te kunnen vangen.
Roofvogels zoals een buizerd of een torenvalk moeten vanaf grote hoogte een prooi
vinden en vangen. Hun ogen staan dan ook recht van voren in de kop. De ogen van
buizerds bevatten bovendien per vierkante millimeter netvlies 5 keer zoveel
lichtgevoelige zintuigjes als op het netvlies in onze ogen. Per oog hebben buizerds ook
nog twee gele vlekken:
Een verlengde gele vlek, waardoor ze veel details kunnen zien uit een
groot deel van de omgeving.
Een cirkelvormige gele vlek precies in het verlengde van het blikveld
waarmee ze diepte zien. Deze gele vlek werkt als een soort verrekijker.
Roofvogels zien dus een uitgestrekt landschap met daarin in het midden een uitvergrote
prooi. De tweede gele vlek werkt als een soort verrekijker.
Kleuren zien?
Wij zien met de kegeltjes uit ons netvlies kleuren. Er zijn kegeltjes voor de kleuren rood
groen en blauw. Doordat de informatie van kegeltjes in onze hersenen gecombineerd
wordt zien wij veel meer kleuren.
De meeste dieren zien kleuren niet zoals wij mensen die zien. Zij bezitten misschien
maar twee soorten kegeltjes of missen bepaalde soorten kegeltjes.
Paarden bijvoorbeeld onderscheiden alleen groentinten en grijstinten. Ze zijn in staat
om hiermee gras te onderscheiden en dat is voor een paard belangrijk. Honden hebben
kegeltjes voor groen en voor blauw, maar onderscheiden geen rode tinten. Katten
hebben heel weinig kegeltjes en onderscheiden heel weinig kleuren.
Bijen zijn in staat om ultraviolet licht te onderscheiden (de “kleur” waardoor wij
mensen bruin worden). Op die manier kunnen bijen nectar in bloemen vinden. Op
bloemen zit iets dat honingmerk wordt genoemd. Lijntjes die door UV licht zichtbaar
worden voor de bij. Hierdoor weet de bij waar de nectar verstopt zit.
Alle voorwerpen die warmer zijn dan hun omgeving zenden infrarode stralen uit. Dat
wordt gevoeld als warmte. Sommige slangen (adders bijvoorbeeld) en veel vissen
kunnen infrarode stralen zien.
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
10
Adders hebben komvormige instulpingen tussen hun neus en hun ogen. In de
instulpingen zitten warmtezintuigjes waarmee infrarood wordt waargenomen. Doordat
de slang deze zintuigjes aan beide kanten van zijn neus heeft zitten, kan hij het infrarood
met diepte waarnemen. Een slang kan zo een muis in het donker opmerken en bejagen.
Nachtdieren en zien.
In het donker vangen kegeltjes te weinig licht op om een impuls op te wekken.
Nachtdieren hebben daarom geen kegeltjes op het netvlies, alleen staafjes. Nachtdieren
onderscheiden dus alleen grijstinten. Nachtdieren hebben nog een aantal aanpassingen
om ’s nachts goed te kunnen zien.
1. Grote ogen, met pupillen die ook heel groot kunnen worden. Het beetje licht dat
door de pupil op het netvlies valt, kan zo maximaal benut worden. Bijvoorbeeld
kattenogen.
2. Nachtdieren kunnen enorm veel staafjes in het netvlies hebben, ook weer om
zoveel mogelijk het licht dat wel aanwezig is te benutten.
3. Een soort van spiegel. Deze spiegel bestaat uit een laag speciale cellen die achter
het netvlies zit. Deze laag cellen kaatst het licht nog een keer terug naar het
netvlies. Zo vangt het netvlies het beetje licht extra goed op. Deze “ spiegel” kun
je zien als de ogen van een kat of een konijn ’s avonds oplichten door
bijvoorbeeld een lamp van een auto.
Bronnenlijst afbeeldingen:
http://kingsenglish.info/wp-content/uploads/2011/06/eye.jpg
http://artist-3d.com/free_3d_models/uploads/156Sightseeing.jpg
http://www.3dscience.com/img/Products/3D_Models/Human_Anatomy/Skeletal/Human_Skull/skull.jpg
http://projecthetoog.punt.nl/upload/oog_bouw.JPG
http://www.hanzekliniek.nl/wp-content/uploads/2010/07/kijkopstaar04.jpg
www.campsoptiek.nl/fun/dierenkijk
www.kennislink.nl
www.hobbyplaza.info/koi/wormen.htm
Gymnasium Novum – science+ leerjaar 1 - module “het oog”
11