OCCHIO...
ALLA FISICA
Nel caso di difetti di vista dovuti a malfunzionamento delle lenti dell’occhio abbiamo che, mentre un occhio normale produce immagini nitide per un vasto intervallo di distanze, ci sono occhi che fanno fatica a mettere a fuoco oggetti lontani e altri che non riescono a mettere a fuoco oggetti vicino al punto prossimo.
In generale, una combinazione di lenti può avere proprietà utili, impossibili da raggiungere con una sola lente.
Possiamo correggere questi problemi con l’uso degli occhiali oppure con delle lenti a contatto, utilizzate in combinazione con il cristallino.
Il principio su cui si basa un sistema costituito da più di una lente è il seguente:
l’immagine prodotta da una lente diventa l’oggetto per quella successiva.
Ciò è vero indipendentemente dal fatto che l’immagine prodotta dalla prima lente sia reale o virtuale, che sia davanti o dietro alla seconda lente.
Questo principio trova molte applicazioni, poiché la maggior parte degli strumenti ottici, come le macchine fotografiche, i microscopi e i telescopi, utilizza numerose lenti per produrre i risultati desiderati.
Vediamo, ora, i più comuni difetti di vista:
MIOPIA
Se una persona con una vista normale, un occhio emmetrope, rilassa i muscoli ciliari dell’occhio, riesce a mettere a fuoco un oggetto all’infinito. In questo caso si dice che il punto remoto, cioè il punto più lontano dell'occhio a cui vi è una visione nitida, è posto all'infinito.
In una persona miope, invece, l’occhio totalmente rilassato vede chiaramente solo ad una certa distanza finita: il punto remoto è posto ad una distanza finita; cioè una persona miope mette a fuoco solo oggetti vicini all’occhio, mentre quelli oltre il punto remoto risultano confusi.
I raggi luminosi che passano attraverso i mezzi ottici oculari (cornea, cristallino, ecc.) vengono messi a fuoco all'interno del bulbo oculare, ma davanti alla retina anziché sulla retina, ovvero la distanza focale dell’occhio è inferiore al diametro dell’occhio.
La distanza massima a cui un soggetto riesce a vedere nitidamente è inversamente proporzionale al grado della miopia. Per esempio, un miope di -2.00 diottrie riesce a vedere nitidamente al massimo a 50 centimetri (ossia 1/2 metro) e non oltre.
Invece, il soggetto miope sarà in grado di ottenere una messa a fuoco per punti ancora più vicini rispetto ad un soggetto emmetrope.
In figura vediamo che un oggetto all’infinito forma un’immagine davanti alla retina, a causa dell’allungamento dell’occhio.
Non occorre che questo effetto sia grande: un allungamento di solo un millimetro o due è sufficiente per provocare un problema.
Una curiosità è che la radice della parola miopia è di origine greca e significa “socchiudere gli occhi”, un espediente comune per migliorare la nitidezza dell’immagine visiva; le palpebre se “strizzate” funzionano come un diaframma naturale permettendo un aumento della profondità di fuoco.
Per correggere questo difetto dobbiamo annullare l’eccesso di
convergenza prodotto dall’occhio, in modo che l’immagine cada di
nuovo sulla retina.
Se una lente concava, con un’opportuna distanza focale, produce
un’immagine di tale oggetto nel punto remoto, l’occhio rilassato potrà mettere a fuoco l’oggetto.
Per fare ciò poniamo una lente divergente davanti all’occhio.
In particolare, consideriamo un oggetto all’infinito, che a una persona miope normalmente appare confuso.
IPERMETROPIA
L'ipermetropia può essere causata da un bulbo oculare più corto del normale, come in figura.
Fondamentalmente, la visione di un ipermetrope differisce da quella di una persona con vista normale per il fatto di avere il punto prossimo più lontano. Di conseguenza un’ipermetrope non riesce a leggere facilmente, poiché un libro dovrebbe essere tenuto a grande distanza per risultare a fuoco.
Una persona ipermetrope può vedere chiaramente oltre una determinata distanza, il punto prossimo, ma non riesce a mettere a fuoco gli oggetti più vicini.
In questo caso i raggi provenienti da un oggetto più vicino del punto prossimo convergono in un punto dietro la retina. Perciò la distanza focale di un ipermetrope è troppo grande, cioè l’occhio di un ipermetrope non fa convergere la luce entrante abbastanza da focalizzarla sulla retina, quindi i contorni delle immagini appaiono confusi.
Questo problema può essere corretto facendo “preconvergere” la luce, cioè utilizzando una lente convergente davanti agli occhi, per rinforzare la convergenza. Supponiamo che un oggetto si a più vicino del punto prossimo, come in figura.
Una lente convergente davanti all’occhio può correggere l’ipermetropia. La lente convessa focalizza la luce proveniente da un oggetto più vicino del punto prossimo per produrre un’immagine oltre il punto prossimo. L’occhio, così, può mettere a fuoco l’immagine dell’oggetto.
PRESBIOPIA
La presbiopia ha effetti simili all’ipermetropia e determina l’incapacità di distinguere con chiarezza gli oggetti vicini.
Si tratta di un difetto che l’occhio acquisisce con il passare degli anni: il cristallino diventa sempre meno elastico e fa sempre più fatica a curvarsi per consentire la messa a fuoco degli oggetti vicini che, di conseguenza, risultano sfuocati.
In sostanza vi è un calo del potere di accomodamento dell'occhio, dovuto ad un progressivo irrigidimento del cristallino.
La presbiopia si manifesta come difficoltà a mettere a fuoco da vicino: si ha difficoltà a leggere, a lavorare al computer, ecc.
Insorge mediamente attorno ai 45 anni. Fino a 65 anni il potere di accomodamento continuerà a diminuire notevolmente, per poi stabilizzarsi.
ASTIGMATISMO
È un difetto della vista abbastanza comune che comporta la visione più o meno deformata sia degli oggetti vicini sia degli oggetti lontani.
Si verifica quando la cornea o il cristallino hanno una curvatura non regolare.
L'occhio ha una forma tondeggiante, quasi sferica: se qualcuno dei suoi elementi non è perfettamente rotondeggiante, cioè è asimmetrico, non è possibile mettere a fuoco le immagini in modo corretto e si presenta l'astigmatismo.
Negli altri difetti di refrazione un oggetto semplice, come un puntino luminoso, viene visto male, però mantiene la forma di un puntino sfocato. Nell'astigmatismo a causa della non rotondità della lente non si riesce ad identificare più la forma del puntino stesso.
Astigmatismo è, infatti, una parola che viene dal greco antico e significa "visione non puntiforme".
CATARATTA
La cataratta è un processo di progressiva perdita di trasparenza del cristallino, che comporta una diminuzione della vista.
Può interessare uno o entrambi gli occhi.
Spesso si sviluppa lentamente e si verifica soprattutto con l'aumentare dell'età. I sintomi possono includere colori percepiti sbiaditi o ingialliti, visione offuscata, aloni intorno alle luci, problemi con luci e difficoltà a vedere di notte.
La cataratta è la causa di metà dei casi di cecità e del 33% delle disabilità visive in tutto il mondo. Essa è causata più comunemente dall'invecchiamento, ma può verificarsi anche a causa di un trauma, fenomeni infiammatori, esposizione eccessiva a radiazione infrarossa o ultravioletta.
All'inizio, i sintomi possono migliorare con gli occhiali, ma se questo non aiuta, un intervento chirurgico per rimuovere il cristallino opaco e sostituirlo con una lente artificiale è l'unico trattamento efficace.
Nel 1912 al pittore Claude Monet (1840-1926), che da qualche anno lamentava problemi agli occhi, fu diagnosticata la cataratta. Di seguito possiamo osservare due rappresentazioni del ponte giapponese da parte di Monet: una (quella a sinistra) del 1899 e una (a destra) del 1922, quando il problema della cataratta era assai rilevante.
DALTONISMO
Il daltonismo consiste in una cecità ai colori, ovvero nell'inabilità a percepire i colori (del tutto o in parte).
È un difetto di natura prevalentemente genetica. Tuttavia, può insorgere anche in seguito a danni agli occhi, ai nervi o al cervello e persino in seguito all'esposizione ad alcuni composti chimici.
Il nome deriva dal famoso chimico Dalton che si accorse della sua incapacità di distinguere correttamente alcune sfumature di colore. Dalton, da grande scienziato qual era, condusse varie osservazioni sulla sua visione del colore, paragonandola a quella di altre persone e giunse alla conclusione che il problema dovesse risiedere in qualcuno dei suoi mezzi oculari che aveva assunto una colorazione innaturale. Dette anche disposizioni perché dopo la morte il suo occhio fosse esaminato.
Purtroppo l’ipotesi di Dalton era errata e l’esame post mortem non rivelò alcun problema nella colorazione del suo occhio, giacché il problema del daltonismo risiede nella retina ed ha generalmente cause genetiche legate al cromosoma X.
Per questa ragione nelle femmine la percentuale di daltonici è molto più bassa (circa il 4 per mille).
Il tipo di daltonismo di cui Dalton era affetto oggi prende il nome di deuteranopia, cioè insensibilità al colore verde. Altre forme di daltonismo sono la protanopia (per il colore rosso) e la tritanopia (per il colore blu).
Come vedano davvero i daltonici è una delle domande a cui è più difficile dare risposta. Quello che possiamo dire abbastanza bene, tramite test, come quello abbastanza noto delle tavole di Ishiara, è quali colori vengano confusi da un daltonico.
Una proposta di attività in classe
Nell'ambito dell'argomento dei difetti di vista, si può pensare di coinvolgere i ragazzi in un’attività interattiva.
Prima di presentare i diversi difetti di vista e i modi per correggerli, è possibile spronare i ragazzi a domandarsi se sono affetti o conoscono qualcuno affetto da miopia, presbiopia o altro e analizzare come funziona la vista in questi casi.
Questo ha lo scopo di mostrare che è possibile affrontare argomenti di carattere quotidiano da un punto di vista fisico e che è possibile imparare principi fisici semplicemente osservando la realtà che ci circonda e ponendosi delle domande.
Oculista per un giorno
L'attività proposta è suddivisa in quattro parti, nelle quali gli studenti lavorano in prima persona e con l'eventuale aiuto dell'insegnante. Vediamo com'è strutturata:
Innanzitutto viene proposto agli studenti di inventare una sorta di intervista da sottoporre ad una persona per verificare il suo livello di vista e l’eventuale presenza di difetti di vista. Gli studenti dovranno comporre il questionario dividendolo in due parti:
PRIMA PARTE: la preparazione
I ragazzi vengono divisi in gruppo di 4.
- Una parte di osservazione macroscopica del “paziente” e di domande generiche sulla vista (vedi bene? vedi male? da vicino? da lontano?).
Cercano, quindi, di elaborare un file Geogebra che mostri tale principio.
- Una parte di prove pratiche per misurare la visione da vicino e lontano, sia con gli occhiali che senza, l’eventuale presenza di astigmatismo o altri difetti di vista e le prove sul daltonismo.
L'insegnante può fornire il materiale necessario ai test oculistici o seguire i ragazzi in una ricerca autonoma dello stesso. È anche possibile utilizzare un tablet per gruppo, sul quale mostrare le tavole e i test oculistici.
SECONDA PARTE: l'intervista
In questa fase dell'attività i ragazzi dovranno cercare una persona all’interno della scuola (compagni, bidelli, altri insegnanti,..) disponibile a sottoporsi all’intervista, ovvero che diventi il loro “paziente”.
È preferibile, anche se non necessario, consigliare ai ragazzi di scegliere il proprio paziente in modo da poter osservare qualche difetto di vista, qualcuno che porta gli occhiali ad esempio. Inoltre è consigliabile che l’insegnante indirizzi i ragazzi verso persone con difetti di vista differenti per avere poi, nella discussione finale, una maggior varietà di casi.
Durante l’intervista i ragazzi potranno dividersi i compiti e dovranno raccogliere i dati relativi al proprio paziente.
TERZA PARTE: l'elaborazione
Una volta conclusa l’intervista gli studenti dovranno rientrare in classe e discutere nel loro gruppo il caso osservato.
L'insegnante metterà a loro disposizione del materiale (libri, schede, siti) dal quale i ragazzi potranno ricavare le informazioni necessarie per creare una scheda per spiegare il difetto di vista osservato, le sue cause e i suoi effetti e il tipo di lente necessaria per correggerlo. È possibile, inoltre, far creare loro un file con il programma Geogebra per mostrare il principio di funzionamento della lente considerata.
QUARTA PARTE: la presentazione
In questa fase dell'attività i gruppi, a turno, dovranno presentare alla classe l’esito della loro visita oculistica e i loro suggerimenti per correggerla. Con l'aiuto dell'insegnate, si può discutere insieme sulle diverse problematiche e definire i punti chiave di ogni difetto.
Un esempio
Vediamo, ora, un esempio di come potrebbe svolgersi questa attività.
Gli studenti potrebbero strutturare l'intervista come segue:
PRIMA PARTE: la preparazione
1. DOMANDE GENERALI:
2. TEST VISIVI:
Porta gli occhiali? Se sì, da quanto? La sua vista migliora con gli occhiali? Utilizza lenti a contatto?Si sottopone periodicamente a visite oculistiche? Ha rilevato un miglioramento o un peggioramento nel corso degli anni? Ci sono fattori che influenzano la sua vista (uso del computer, lettura,..)?
Come ritiene sia la sua vista? vede bene da vicino? E da lontano?
Nome, cognome, età?
è disponibile a sottoporsi alla nostra visita?
VISTA DA LONTANO
Gli studenti procedono alla verifica della visione da lontano del paziente senza occhiali, attraverso le tavole oculistiche, ponendo il paziente ad una distanza di 3 metri. Raccolgono, quindi, i dati sull'acuità visiva posti sulla tavola.
La prova viene ripetuta con gli occhiali.
È possibile stimare, se è presente, la miopia del paziente? Con gli occhiali migliora?
VISTA DA VICINO
Gli studenti verificano la visione da vicino del paziente, senza occhiali, attraverso il seguente test per la presbiopia, posizionando il paziente a 40 cm di distanza.
Ripetono la prova con gli occhiali.
MIOPIA O IPERMETROPIA?
Gli studenti possono procedere con un altro test per verificare se il paziente è affetto da ipermetropia o miopia.
Ponendo il paziente a 3 metri dalla tavola, i ragazzi verificano se è migliore la vista delle lettere su sfondo rosso, tipica della persona miope, o su sfondo verde, tipica della persona ipermetrope.
ASTIGMATISMO
Gli studenti possono, a questo punto, verificare la presenza di astigmatismo.
Guardando attentamente uno dopo l'altro i quattro cerchi e osserva le linee. Se esse, all'interno di ogni cerchio, non appaiono nitide potrebbe essere presente astigmatismo.
Il test si esegue inizialmente con un occhio alla volta e, infine, con tutti e due. Si può eseguire il test con o senza occhiali.
SECONDA PARTE: l'intervista
Supponiamo che un gruppo di ragazzi abbia scelto come paziente un altro insegnante, il quale ha deciso di mettersi in gioco e partecipare all’intervista. Ipotizziamo che questo insegnante sia miope.
Gli studenti, attraverso l'intervista, raccolgono le informazioni necessarie ad individuare questo difetto di vista.
TERZA PARTE: l'elaborazione
Una volta rientrati in classe gli studenti elaborano i dati. Avendo supposto che il paziente fosse miope possono spiegare il meccanismo della visione in questo caso, ovvero il fatto che vengono messi a fuoco solamente gli oggetti vicini all’occhio, mentre quelli posti oltre il punto remoto risultano sfuocati e il fatto che l’occhio, così, mette a fuoco gli oggetti davanti alla retina. ( MIOPIA)
I ragazzi individuano, inoltre, quale tipo di lente può correggere questo difetto e perché, ovvero chiariscono il fatto che per riportare la messa a fuoco degli oggetti sulla retina devono utilizzare una lente divergente. Ne descrivono, quindi, brevemente il principio di funzionamento. ( LENTE DIVERGENTE)
QUARTA PARTE: la presentazione
In questa parte gli studenti presentano ai compagni il caso studiato e insieme all'insegnante discutono le cause e gli effetti di questo difetto di vista e i modi per correggerlo.
DALTONISMO
Gli studenti, infine, possono proporre il seguente test per verificare la presenza di daltonismo, chiedendo al paziente se riesce a distinguere i numeri presenti sulle tavole.
Si possono anche sfruttare diversi test presenti online.
