Ayer miré bajo el agua con los ojos abiertos (y sin gafas) y me di cuenta de que no veo nada con claridad. Todo se ve muy, muy borroso. Mi opinión es que el ojo necesita el contacto directo con el aire para funcionar correctamente. Con el agua, el índice de refracción es diferente, y las lentes del ojo no son capaces de compensar la focalización correcta en la retina.
¿Estoy en lo cierto? Si es así, ¿qué lentes hay que usar para ver con claridad bajo el agua?
No puedes ver con claridad bajo el agua por un par de razones. Una es el grosor de tu lente, pero la principal es el índice de refracción de tu córnea.
Como referencia, aquí está la imagen de la Wikipedia de un ojo humano.
Según Wikipedia En la actualidad, dos tercios del poder de refracción del ojo se encuentran en la córnea, y el índice de refracción de la córnea es de aproximadamente 1,376. El índice de refracción del agua ( según Google ) es de 1,33. En el agua, su córnea desvía la luz tanto como una lente en el aire cuyo índice de refracción es
$$\frac{1.376-1.33}{1.33} + 1 = 1.034$$
Esto significa que, al entrar en el agua, pierdes aproximadamente el 90% del poder de refracción de tu córnea, es decir, el 60% de tu poder de refracción total.
La cuestión es si tu objetivo puede compensarlo.
No he encontrado una cita directa sobre cuánto puede cambiar la distancia focal de su lente, pero podemos estimar que su córnea no está haciendo esencialmente nada, y preguntar si su lente debería ser capaz de hacer todo el enfoque por sí misma.
Para una lente esférica con índice de refracción $n$ sentado en un medio con índice de refracción $n_0$ El la distancia focal efectiva es
$$f = \frac{nD}{4(n-n_0)}$$
El índice de refracción de su humor vítreo es de aproximadamente 1,33 (como el agua), y el índice de refracción de su lente, según Wikipedia varía entre 1,386 y 1,406. Tomemos 1,40 como media. Entonces, al introducir los números, la distancia focal efectiva de una lente ocular esférica sería cinco veces su diámetro.
La imagen de Wikipedia de un ojo humano hace que esto parezca razonable: una lente esférica podría ser capaz de hacer todo el enfoque que necesita un ojo humano, incluso sin la córnea.
El problema es que el cristalino de tu ojo no es esférico. Del mismo artículo de Wikipedia
En muchos vertebrados acuáticos, el cristalino es considerablemente más grueso, casi esférico, para aumentar la refracción de la luz. Esta diferencia compensa el menor ángulo de refracción entre la córnea del ojo y el medio acuático, ya que tienen índices de refracción similares. [Sin embargo, incluso entre los animales terrestres, el cristalino de los primates, como los humanos, es inusualmente plano[3].
Por lo tanto, la razón por la que no puedes ver bien bajo el agua es que tu lente ocular es demasiado plana.
Si lleva gafas, la luz se refracta mucho más al entrar en la córnea, la misma cantidad que la normal. Si quieres llevar algún tipo de lentes correctoras directamente en el ojo, como lentes de contacto, deben tener un índice de refracción lo más bajo posible.
Buscando en Google "lentes de contacto subacuáticas", encontré un artículo sobre lentes de contacto hechas con una capa de aire , lo que permite a los buceadores ver con nitidez bajo el agua.
Lo cual es esencialmente decir que el preguntante original tiene razón. Lo que importa es la relación de los índices de refracción. Las gafas proporcionan un espacio de aire que permite que una lente "de aire" funcione correctamente.
Según el documental de la BBC "Inside the human body", las personas pueden controlar sus pupilas para hacerlas lo más pequeñas posible mientras están bajo el agua. De este modo se aumenta la profundidad de campo y se agudiza la imagen desenfocada. Supuestamente, los niños pueden aprender esto fácilmente.
¿Estoy en lo cierto?
Sí.
En caso afirmativo, ¿qué lentes hay que usar para ver con claridad bajo el agua?
No necesitas lentes adicionales si tienes una en los ojos, simplemente usa gafas que hagan una capa de aire entre el agua y tus ojos.
Si decides poner una lente convergente delante de tus ojos, no funcionará porque tu ojo seguirá sin poder enfocar diferentes profundidades. Por lo tanto, sólo podrá enfocar los rayos procedentes de una distancia fija, lo que no es muy útil.
La razón por la que las gafas funcionan es porque las lentes son planas. Así, la interfaz entre el aire y el agua no tiene propiedades de distancia focal.
Otra forma de decir lo mismo: se puede ver perfectamente a los peces en un acuario con paredes planas. El único efecto es que los peces parecen estar más cerca de lo que realmente están. Las gafas hacen lo mismo por la misma razón.
Su comprensión del mecanismo de degradación es correcta. Sin embargo, se puede compensar hasta cierto punto entrenando las pupilas para que se contraigan bajo el agua, reduciendo así la variación refractiva de la luz transmitida a la retina.
Este famoso estudio de Anna Geslen lo describe con detalle, y también demostró que la notable agudeza visual bajo el agua de los niños de una tribu de "gitanos del mar" podía ser igualada por una cohorte de niños europeos tras una docena de sesiones de entrenamiento.
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Algunos animales pueden ver tanto en el agua como en el aire, sin que se les note. Me pregunto cómo
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Supongo que el agua tiene más variaciones locales de densidad que el aire y esto es también una gran parte del problema, ¿alguien puede comentar esto?
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@ptomato No creo que la densidad del agua cambie mucho, especialmente si se compara con un gas. La Wikipedia sugiere que el agua se comprime con la misma facilidad que la roca sólida en el artículo Compresibilidad