如果美人鱼拥有人类的眼睛:
眼睛就是一个活的照相机。我们的眼睛里,角膜和晶状体类似于凸透镜,能把我们眼前的景物会聚到视网膜上,成一个倒立的像。视网膜上的感光细胞,将感受的光信息传输给大脑,经大脑处理后,人就看到一个正立的像。
人在水中观察,在眼球前面多了一层水,眼球往外突出,这层水就相当于给人戴了一个凹透镜。凹透镜对光有发散作用,这样,眼前景物射出的光线发散后就不能会聚在视网膜上,所以,人眼就看不清楚。
过去,教科版八年级物理中,就有一个问题,给美人鱼配眼镜。大意是说,鱼的晶状体比人眼的晶状体凸得多,近似球形,在水中能看清物体。要使童话里的美人鱼,上岸后能正常看报,应给美人鱼配一副什么眼镜?
鱼的晶状体近似球形,对光的会聚能力较强,正好弥补了眼前水凹透镜对光的发散,使眼前景物的像正好成在视网膜上,所以,鱼在水中能看到物体。美人鱼一旦上了岸,由于没有了眼前的水凹透镜,进入人眼的光线势必要会聚的强一些,也就是说透过鱼眼成的像成在视网膜的前面,也就意味着美人鱼是天生的近视眼,所以,应配近视眼镜(凹透镜),才能在岸上看报。
这个问题可以从光的折射和全反射来回答,水是光密介质,空气是光疏介质。折射是从光疏介质到光密介质,所以从水面可以清晰看到水底(只要水很清澈),但是会发生折射。
而从光密介质到光疏介质,有一些特定临界角观察会发生全反射,导致看到的是镜面。而看不到外面的物体,全反射就是造成看不清楚的最主要原因!
人眼能够看到物体,是因为物体发出或反射的光经晶状体、玻璃体折射后在视网膜上成像,再由视觉神经将信号传给大脑,这样人就看到了物体。
眼睛近视的人由于眼轴较长,远处的物体成像在视网膜之前,故看远处的物体会觉得模糊。将一只度数合适的凹透镜放在眼前就可以借助凹透镜的折射将物体成像在视网膜上,此时就可以清晰地看到物体。
一些有潜水经历的人会有这样的体会,在岸上看起来水非常清澈,可潜到水中睁开眼却是一片模糊。看起来一片模糊也是因为物体不能成像在人眼的视网膜上,这时候不是因为人的眼轴变长了,而是介质发生了变化。
光从一种介质进入另一种介质时传播路线往往要发生变化,这是光的折射。光从空气进入人的眼睛后会发生折射,从水中进入人眼后也会发生折射,只是这两种折射的程度有很大的不同。空气的折射率可粗略认为是1,水的折射率大约是1.33,人眼中玻璃体的折射率大约也是1.33,晶状体各部分的折射率在1.38至1.40附近。当光从空气进入人眼中,由于两种介质的折射率差别很大,折射现象很明显。当人潜入水中,光由水中进入人眼,由于水和人眼的折射率差别不大,光在人眼中的传播路线就会和人在空气中的不同,使得物体不能在视网膜上成像。
当人戴上潜水镜后就能够在水中看清周围的物体了,原理其实很简单,是因为戴上潜水镜后人眼周围就有了一层空气,光从空气进入人眼后就可以在视网膜上成像了。
有人会想,高度近视的人潜到水中有没有可能看清水中的物体?理论上存在这样的可能,必须要近视达到很高的程度。只是这样的超高度近视患者已不能做潜水活动,潜水、蹦极等活动有可能会使得他们的视网膜脱落,造成非常严重的后果。
如果美人鱼拥有鱼类的眼睛:
鱼类的折光成像系统由水状液、晶状体和玻璃体构成。眼球壁把眼球围成3个腔,即眼前房、眼后房和玻璃体房。
水状液和玻璃体充满眼球的内腔,既能保持眼球的形状,又能折光成像。虹膜将角膜和晶体之间分成眼前房和眼后房,由瞳孔相连通。
内部充满了上睫状体细胞分泌的水状液,水状液由眼后房经瞳孔入眼前房,再由巩膜静脉窦吸收。 水状液主要起折光作用。
鱼类的晶体状是无色透明的球形体,位于瞳孔的后方,借纤维性悬韧带与睫状突相连,悬中在眼球的腔内。 晶状体主要由纤维构成,无血管和神经分布,对光线有聚焦作用。
玻璃体是一种胶状透明物质,填充在晶状体和视网膜之间的玻璃体房内,由视网膜分泌而来, 对视网膜起固定作用和折光作用。
鱼的眼球视觉调节,是在自主神经的控制下,将外界环境中不同远近的距离物体清晰的成像到视网膜上。鱼类的眼球晶体呈球形,屈度不能改变。
硬骨鱼的调节结构主要有镰状体和铃状体,其次有虹膜、睫状体和悬韧带。
铃状体又称为晶状体牵引肌,是晶状体后下方的的一条平滑肌,一端连晶状体,一端连镰状体,收缩进可将晶状体移近视网膜,适于远视;反之,晶状体远离视网膜,则适于近视。
而软骨鱼类无镰状体,只有晶体牵引肌。而虹膜在视觉调节的过程中,起的是调节光线进入眼睛强度。
软骨鱼一般有瞳孔括约肌,能改变瞳孔的大小和调节光量。硬骨鱼类一般无瞳孔括约肌,瞳孔一般不变。硬骨鱼类的眼球色素可以移动,在黑暗环境中,色素移到视网膜背后,在光亮处,色素移到感光细胞之间,阻止光线的扩散,高节光强度。