¿Por qué veo mejor debajo del agua usando gafas de natación?

Question

Soy miope (realmente no sé si esto es relevante o no) y suelo nadar sin lentes de contacto. Mi visión es claramente mejor bajo el agua cuando uso gafas de natación.

He tratado de entender por qué sucede esto y creo que probablemente se deba a la presencia de solo aire (que debería estar más o menos "quieto") entre las gafas y mis ojos, evitando así el flujo turbulento de agua que de alguna manera afectaría mi visión, debido a que el aire tiene un índice de refracción diferente ($n_1$) al del agua ($n_2$) y que el material de las gafas no es relevante. Pero también podría ser que el material de las gafas esté marcando la diferencia.

¿Cuál es la explicación física real de este hecho?

Answer 1

¿Es el efecto borroso debido a la turbulencia?

No, no lo es. La turbulencia tiene poco efecto aquí. Incluso si no hay turbulencia, se ve todo borroso bajo el agua. La razón se explica a continuación.

Un ojo es una lente natural. Una imagen clara de algo que ves depende de qué tan bien está enfocada la imagen en tu ojo. La mayor parte de la refracción en el ojo ocurre en la córnea y un poco en el cristalino del ojo. La imagen luego se enfoca en la retina.

Pero cuando estás bajo el agua, la densidad óptica de la córnea y el agua son casi iguales (o digamos que ambos tienen índices de refracción similares: 1.376 para la córnea y 1.333 para el agua). Si abres los ojos bajo el agua, apenas habrá refracción porque ahora la luz está yendo de un medio (agua) a otro medio (córnea) con la misma densidad, por lo que la refracción nunca ocurre. Si la luz que entra en la córnea no se refracta correctamente, no se enfocará en la retina para darte una imagen clara. Por eso ves todo borroso bajo el agua.

El uso de gafas de natación puede superar este defecto. Tus ojos funcionan perfectamente si la luz entra en tu ojo desde el aire. Ese principio se utiliza en las gafas de natación. Cuando usas gafas, tienes un poco de aire entre la córnea y el vidrio de la gafa. Entonces, incluso si la luz viene desde debajo del agua, primero pasa por el aire y luego llega al ojo. Así que te sientes exactamente como en tierra firme y ves las cosas bien. Esto es para una persona normal.

Eres miope. La interfaz aire-vidrio frente a tu ojo te ayuda como si tuvieras tus lentes de contacto mientras estás en tierra firme al proporcionar una mejor refracción. Puede funcionar para todas las personas miope. Intenta usar gafas mientras estás en tierra firme. Esto puede no ayudar. Es porque la luz ahora está entrando en tu ojo desde el aire. Así que habrá una ligera diferencia en el enfoque. El mismo efecto ocurre cuando usas tus lentes de contacto bajo el agua.

Answer 2

Sí, tu miopía es relevante en el sentido de que notas inmediatamente una gran mejora en tu visión de lejos al usar gafas bajo el agua. Las personas con miopía tienen dificultades para enfocar objetos distantes (o rayos de luz casi paralelos); el ojo es "demasiado largo" para el cristalino y el enfoque cae delante de la retina.

Lentes correctivas para la miopía son cóncavas, compensando la curvatura excesiva del cristalino del ojo.

Exactamente el mismo efecto es proporcionado por la interfaz entre el agua y el aire detrás de tus gafas. Esta refracción adicional, lejos de lo normal, permite a tu ojo enfocar imágenes en la retina que no podría si se vieran a la misma distancia en el aire e incluso puede permitirte enfocar rayos paralelos (es decir, enfocar objetos en el infinito).

Aquí tienes un diagrama útil de una respuesta de Floris. El área clara es el aire detrás de tus gafas. Puedes ver que los rayos de luz azul se enfocarán más atrás que los rayos verdes, que es cómo aparecería el objeto sin la máscara. Esto también explica por qué los objetos parecen más grandes bajo el agua.