VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Способность солнцезащитных очков задерживать ультрафиолетовое излучение

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривенко Е.В. 1

---

1СПБПУ Петра Великого

Коптякова И.Н. 1

---

1МБОУ "ОСОШ №2" Устьянского района Архангельской области

Работа в формате PDF

472.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в мире 45 миллионов человек лишены зрения и еще 135 миллионов страдают различными дефектами зрения. Офтальмологи признают лето самым опасным временем для здоровья глаз, так как именно в это время воздействие ультрафиолета на глаза человека наиболее высокое. Солнцезащитные очки являются модным аксессуаром в солнечную погоду, но в первую очередь – это средство защиты от вредного для глаз ультрафиолетового излучения Солнца. Все ли солнцезащитные очки в полной мере уберегают нас от этой опасности? Я решила это выяснить.

Тема исследования: «Способность солнцезащитных очков задерживать ультрафиолетовое излучение».

Объект исследования: солнцезащитные очки.

Предмет исследования: способность солнцезащитных очков задерживать ультрафиолетовое излучение.

Гипотеза: я думаю, что солнцезащитные очки, которыми мы пользуемся, почти не защищают нас от вредного для глаз ультрафиолетового излучения.

Цель: определение способности солнцезащитных очков, которыми мы пользуемся, задерживать ультрафиолетовое излучение.

Задачи:

1. Изучить теорию вопроса. Найти информацию об ультрафиолетовом излучении и о его воздействии на здоровье человека; об очках, как о средстве защиты от ультрафиолетового излучения.

2. Провести эксперимент на проверку способности солнцезащитных очков, которыми мы пользуемся, задерживать ультрафиолетовое излучение.

3. Проанализировать данные и составить рекомендации для правильного выбора солнцезащитных очков.

Методы: изучение источников, анализ, сравнение, наблюдение, эксперимент, опрос.

Глава 1.Ультрафиолетовое излучение и защита от него

1.1. Волновая природа света

Оптика – раздел физики, изучающий световые явления. Исторически сложилось так, что на основании наблюдений и экспериментов учёные использовали разные модели понятия «свет»: световой луч, поток частиц, волна. В связи с этим, оптика делится на геометрическую, волновую, корпускулярную и квантовую. Волновая оптика рассматривает свет как электромагнитную волну.

Исаак Ньютон поставил опыт, который позволил считать, что белый свет имеет сложный «состав». В 1665 г. Ньютон продемонстрировал явление, которое впоследствии было названо «дисперсией». (См. рис.1)

Рис. 1. Разложение света в спектр [9]

Проделав малое круглое отверстие в ставнях окна и пропустив через стеклянную призму солнечный луч, на противоположной от окна стене учёный получил цветню полоску, которую назвал «спектром» и условно выделил в нём семь цветов. Их мы привыкли видеть в составе радуги.

Однако не весь спектр, полученный в опыте, воспринимается нашим органом зрения. За фиолетовой частью спектра находится так называемое ультрафиолетовое (УФ) излучение, которое человеческий глаз не способен увидеть. (См. рис. 2)

Рис. 2. Шкала электромагнитных волн [3]

1.2. Свойства ультрафиолетового излучения

«Ультрафиолетовое излучение – электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями». [12] Оно попадает на Землю в составе лучей Солнца, оказывая определённое воздействие на всё живое.

В какой-то степени ультрафиолетовое излучение оказывает положительное влияние: под его воздействием в организме усваивается витамин D, необходимый для формирования костной ткани; оно оказывает бактерицидное действие; используется в физиотерапии для проведения лечебных процедур. К негативному воздействию ультрафиолетового излучения относится способность изменять химическую структуру тканей и клеток.

«Чрезмерное облучение может вызвать гиперкальциемию (повышение концентрации кальция в крови), гемолиз (процесс повреждения эритроцитов, при котором гемоглобин выходит из них в окружающую среду), задержку роста и понижение сопротивляемости инфекциям. При сильном облучении развиваются ожоги и дерматиты (жжение и зуд кожи, отечность), которые могут привести к онкологическим заболеваниям». [4]

Ожоги кожи от ультрафиолетового излучения можно получить не только в летнее, но и в зимнее время года, находясь, например, на лыжном курорте на ярком солнце, как произошло с моей знакомой. (См. рис. 3)

Рис. 3. Отрицательное воздействие ультрафиолета на примере жителя нашей местности

Но особенно отрицательно ультрафиолет влияет на наши глаза, вызывая помутнение вещества хрусталика глаза, злокачественные новообразования кожи век, воспаление роговицы, поражение сетчатки глаза и др.

Источником ультрафиолетового излучения является не только Солнце, но и некоторые искусственные источники: электрическая дуга сварочного аппарата, бактерицидная лампа. При длительном контакте с подобными источниками возможно острое поражение глаз: могут пострадать роговица и сетчатка глаз.

Ультрафиолетовое излучение делится на три типа: А, В и С.

Свет в спектре ультрафиолета «А» имеет длину волн от 320 до 420 нм (нанометров). Данное излучение не способствует появлению загара. Волны этого света проникают внутрь организма и влияют на важные процессы жизнедеятельности. Кожа иссушается и быстрее стареет, так как уменьшается количество воды, разрушается коллаген и эластин в клетках эпидермиса.

Свет в спектре ультрафиолета «В» имеет длину волн от 290 до 320 нм. Лучи этого типа испускаются Солнцем лишь в определенные времена года и часы дня. Это излучение проникает не настолько глубоко, может вызвать ожоги, рак, воспаление роговой оболочки глаза (кератит) и слизистой оболочки глаза (конъюнктивит).

Волны излучения «С» обладают очень высоким уровнем радиации. Но благодаря озоновому слою Земли данные волны не проникают за его пределы.

1.3. Солнцезащитные очки как средство защиты от ультрафиолета

Считается, что очки с затемнёнными стёклами служат глазам защитой от УФ лучей. Современные солнцезащитные очки чаще всего изготовляют из пластиковых (полимерных) линз. Они наиболее прочные и безопасные для человека, чем стеклянные, т.к. уменьшается риск повреждения глаз осколками по разным причинам разбившегося стекла. Наиболее востребованы поликарбонатные линзы, изготовленные из синтетических полимерных материалов и различных добавок, и линзы из ударопрочных материалов.

Но в наше время всё чаще для изготовления солнцезащитных очков используют дешевый пластик, который практически полностью пропускает УФ волны. «Зрачок, обманутый затемнением цветного пластика, не сужается на солнце, а расширяется, и сетчатка глаза принимает на себя мощный поток ультрафиолета, способного вызвать помутнение хрусталика и значительно испортить ваше зрение. Нагрузка на глаза увеличивается, они слезятся, конъюнктивы воспаляются, а со временем может развиться катаракта.» [5]

Разные виды стёкол имеют различную пропускную способность ультрафиолета. В теории самыми эффективными считаются стёкла, имеющие специальное защитное покрытие: селективное стекло (используется при изготовлении стеклопакетов) и лакобель (применяется для заполнения оконных проемов в шкафах купе, межкомнатных дверях и т.д.) Самой низкой защитной способностью обладает увиолевое (применяют для остекления закрытых помещений типа оранжерей, лечебных учреждений и др.) и кварцевое (используется при изготовлении колб, пробирок, из них также делают объективы для фотокамер и т.д.) стекло. Данные виды стекол пропускают до 90% УФ волн. Для изготовления очков применяются обычные (минеральные) прозрачные стекла с добавлением каких-либо веществ (иначе линзы будут бесполезны, так как стекло частично пропускает ультрафиолетовые волны).

Глава 2. Практическая часть

2.1. Опрос жителей Устьянского района

Для того чтобы выяснить, какие солнцезащитные очки предпочитают покупать жители нашего района, я провела опрос представителей разных возрастных категорий. (См. Приложение 1, с.15) В нём приняли участие 156 человек.

Результаты опроса показали, что большая часть респондентов никогда не задумывалась о том, что солнцезащитные очки могут нанести вред. (См. диаграмму 1)

Диаграмма 1

Почти все участники опроса выбирают солнцезащитные очки по внешнему виду (по цвету, форме), лишь некоторые – по цене, и очень немногие (5% опрошенных) спрашивают у продавца об оптических свойствах линз очков. (См. диаграмму 2)

Диаграмма 2

В то же время на вопрос: «С какой целью Вы носите солнцезащитные очки?» больше половины респондентов ответили: «С целью защиты своего зрения». (См. диаграмму 3)

Диаграмма 3

Почти все опрошенные предпочитают пластиковые очки стеклянным.

2.2. Эксперимент на проверку способности различных видов стёкол

пропускать ультрафиолетовые волны

Для того, чтобы узнать, какие стёкла являются наиболее эффективными для защиты глаз от ультрафиолетовых волн, я провела ряд экспериментов с различными видами очков и стёкол, имеющих разную пропускную способность УФ излучения.

Сначала испытание прошли 10 пар пластиковых солнцезащитных очков отличающихся производителем, стоимостью, цветом стёкол и т.д.

Внимательно изучив дужки очков, я заметила, что не все исследуемые объекты маркированы на предмет производителя и степени защиты от ультрафиолетового излучения. (См. таблицу 1)

Таблица 1

Для эксперимента в качестве источника УФ излучения была использована ультрафиолетовая лампа, включенная на максимальную мощность 18 Вт.

Внимательно изучив паспорт лампы, я отметила, что при такой мощности длина волны излучения составляет 407 нм. Следовательно, данный источник излучает ультрафиолет группы А – наиболее безопасный для организма, но, тем не менее, дающий значительную нагрузку на глаза.

Также в эксперименте использовался люминофор – вещество, которое светится в темноте при попадании на него ультрафиолета. Чайную ложку этого вещества я насыпала в маленькую ёмкость, моделирующую чувствительные к ультрафиолету клетки глаз человека.

Приставляя к ёмкости с люминофором стёкла испытуемых очков, я направляла на неё свет от включённой ультрафиолетовой лампы, чтобы выяснить достигают ли УФ лучи моделированных клеток глаза.

Все опыты проводились в темноте. Если под воздействием лампы люминофор загорался, значит, очки некачественные, так как они пропускают ультрафиолет.

Успешно эту проверку прошли лишь три пары пластиковых очков фирм Polaroid, Matrix и Delimood. Это значит, что данные очки изготовлены действительно из качественного пластика и обладают высокой защитной способностью от УФ волн. Найдя дополнительную информацию в сети Интернет, я выяснила, что стёкла в этих очках изготовлены из поликарбонатного пластика и являются поляризационными (т.е. защищают глаза от ослепляющих бликов света, отраженных от различных поверхностей). Также я отметила, что данные очки имеют стоимость значительно выше, чем те, которые показали отрицательный результат во время проверки.

Далее я решила проверить пропускную способность различных видов стёкол. (См. таблицу 2)

Таблица 2

Первым было протестировано обычное прозрачное стекло, из которого изготавливают солнцезащитные очки. Эксперимент подтвердил тот факт, что подобные очки являются бесполезными без наличия специального покрытия, так как люминофор частично засветился (стекло поглощает 9% ультрафиолета). Затем я взяла стеклянные солнцезащитные очки с покрытием. Опыт показал, что такие линзы действительно надежно защищают наш глаз от ультрафиолета.

Также были протестированы и другие виды стёкол. Выяснилось, что стекло из сварочной маски и лакобельное не пропускают ультрафиолетовое излучение. Затем такую же проверку безуспешно прошли кварцевое и увиолевое стекла – они полностью пропускают опасные для глаз лучи ультрафиолетовой лампы.

Результаты эксперимента. Эксперимент с использованием люминофора показал, что не все солнцезащитные стёкла в полной мере уберегают нас от воздействия ультрафиолета. Поэтому выбирать солнцезащитные очки стоит не только по внешнему виду, но и с учётом их оптических свойств.

Эксперимент также показал, что лучше взять очки дороже по цене и от хорошо зарекомендовавшей себя фирмы (например, Polaroid или Matrix). Такие солнцезащитные очки надёжно уберегут зрение и прослужат долгое время.

Заключение

Современные солнцезащитные очки изготовляют с использованием различных стёкол: стеклянных, либо пластиковых. Преимущество стеклянных очков состоит в том, что они долговечны, со временем не деформируются, и даже через несколько лет будут надежно защищать сетчатку глаз от ультрафиолетовых волн, что говорит о высоких оптических свойствах. Недостаток состоит в том, что они достаточно тяжелые для переносицы, являются опасными при повреждении – осколки могут попасть в глаза.

Пластиковые очки также имеют свои плюсы и минусы. Плюсом является их ударопрочность и комфортность при ношении. «Очки из поликарбоната по прочности превосходят стеклянные в 200 раз.» [7] Самый главный недостаток пластиковых очков в том, что в наше время не все они сделаны из качественных материалов. Многие совершенно не защищают наш глаз от УФ излучения. Таким образом, я частично подтвердила свою гипотезу. Не все солнцезащитные очки, которыми мы пользуемся, изготовлены из качественного материала, следовательно, не все в полной мере уберегают наше зрение.

В результате своей работы я пришла к следующим выводам:

1. Ультрафиолет представляет собой огромную опасность для глаз человека.

2. Различные виды стёкол имеют разную защитную способность от УФ.

3. Многие пластиковые очки в наше время совершенно не защищают наш глаз от ультрафиолетовых волн.

4. Стеклянные очки со специальным покрытием надежно защищают глаза от данной опасности.

5. К сожалению, нередко люди выбирают солнцезащитные очки, обращая внимание на цвет, форму, совершенно не задумываясь об их оптических свойствах.

Практическая значимость исследования. Для того, чтобы наглядно разъяснить, как правильно выбрать действительно качественные очки, я составила буклет. (См. Приложение 2, с.16)

Список использованной литературы

1. Перельман Я. И. Занимательная физика / Я. И. Перельман. – М.: Издательство АСТ, 2004. – 473 с. (дата обращения : 21.09.19)

2. Рабиза Ф. Простые опыты / Ф. Рабиза. – М.: Детская литература, 2002. – с.49 (дата обращения : 06.11.16)

3. Влияние ультрафиолетовых лучей на организм человека [Электронный ресурс] // Ваш Айболит: [сайт]. – 2016. – URL: http://www.vashaibolit.ru/6366-vliyanie-ultrafioletovyh-luchey-na-organizm-cheloveka.html (дата обращения : 03.11.19).

4. Воздействие ультрафиолета на глаза [Электронный ресурс] // Вита портал: [сайт]. – 2016. – URL: http://vitaportal.ru/oftalmologiya/vozdejstvie-ultrafioleta-na-glaza.html(дата обращения : 10.09.19).

5. Выбираем солнцезащитные очки: стекло или пластик? [Электронный ресурс] // TopNews.ru: [сайт]. – 2016. – URL: http://www.topnews24.ru/readme/journal/health/1541-vybiraem-solncezashhitnye-ochki-steklo.html(дата обращения : 11.10.19).

6. Дисперсия света [Электронный ресурс] // Сайт Никитина А. В.: [сайт]. – 2016. – URL: http://pro18.ucoz.ru/index/dispersija_sveta/0-95 (дата обращения : 13.11.19).

7. Какие линзы для очков лучше выбрать – стекло или пластик? Выбор покрытия линз [Электронный ресурс] // Рутвет: журнал для всей семьи!: [сайт]. – 2016. – URL:

http://www.rutvet.ru/in-kakie-linzy-dlya-ochkov-luchshe-vybrat-steklo-ili-plastik-vybor-pokrytiya-linz-8030.html(дата обращения : 13.10.19).

8. Какие солнцезащитные очки на самом деле спасут от ультрафиолета[Электронный ресурс] // Мой район: [сайт]. – 2016. – URL: http://msk.mr7.ru/beauty/article/kakie-solncezaschitnye-ochki-na-samom-dele-spasut--1062925(дата обращения : 17.11.19).

Приложение 1

Вопросы анкетирования

1.Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что покупаемые вами солнцезащитные очки могут нанести вред?

2. По какому принципу вы выбираете солнцезащитные очки?

А) по внешнему виду (стиль, цвет, форма)

Б) по цене

В) спрашиваю у продавца об их оптических свойствах, внимательно читаю информацию, указанную на оправе очков

Г) свой вариант

3. С какой целью вы носите солнцезащитные очки?

А) в качестве модного аксессуара

Б) в качестве защиты для глаз

В) свой вариант

4. Какие очковые солнцезащитные линзы вы предпочитаете?

А) пластиковые

Б) стеклянные

Приложение 2

Б уклет