Refraktion: Schwimmbrille, Kurzsichtigkeit und Unterwassersicht

Ich habe diese Frage aufgrund persönlicher Erfahrung gestellt. Ich bin kurzsichtig, und in den letzten drei Jahren hat sich meine Kurzsichtigkeit verschlechtert. Nachdem ich jetzt, wie ich es bereits vor drei Jahren gemacht hatte, wieder einen Rettungsschwimmer-Schein gemacht habe, bemerkte ich beim Tauchen, dass ich fast kein Sehvermögen mehr habe, wenn ich versuchte, einige Trainingsringe zu finden und einzusammeln, die ich vor drei Jahren ohne Probleme visuell identifizieren konnte. In allen Fällen trage ich beim Tauchen keine Taucherbrille.

Also kam ich zu der Überlegung, ob Kurzsichtigkeit einen Effekt hat, der zu dem Effekt hinzukommt, dass die Augen von Wasser bedeckt sind und die Hornhaut fast keine Brechung hat. Dieser Prozess wird hier in anderen Fragen erklärt , aber ich behaupte, dass meine Reihe eng verwandter Fragen anders ist, nicht nur aufgrund der Einbeziehung von Kurzsichtigkeit.

Ich habe dann meine normale Brille unter Wasser ausprobiert und überhaupt keine Wirkung bemerkt, nicht positiv, nicht negativ. Ich bin jetzt verwirrt darüber, warum die Brille keine Wirkung hat, aber die Kurzsichtigkeit, die sie korrigieren sollte, eine verschlechternde Wirkung hat. Dabei gehe ich davon aus, ohne dies begründen zu können, dass die Gläser unter Wasser die gleiche Wirkung haben sollten wie über Wasser, denn da das Wasser sie von beiden Seiten berührt, müsste das Licht einen anderen Weg innerhalb der Länge haben ( weniger Biegung beim Ein- und Austritt), sondern dass die Lichtstrahlen, die unter Wasser aus der Brille austreten, parallel zu den Lichtstrahlen sein sollten, die sie in Luft verlassen würden. Aber was ist stattdessen der Mechanismus, der hier am Werk ist, der Luftgläser unter Wasser unbrauchbar macht?

Zweitens merke ich, dass durch das Tragen einer Schwimmbrille meine Kurzsichtigkeit unter Wasser gelindert wird. Das bedeutet, dass ich unter Wasser mit Schwimmbrille und ohne Kontaktlinsen oder Korrekturbrille besser sehe als über Wasser ohne Brille oder Linsen. Eine schnelle Suche im Internet fand andere Fragen von kurzsichtigen Menschen, die diesen Effekt bemerkten, aber ich konnte nicht identifizieren, wie dies bei normalsichtigen oder weitsichtigen Menschen funktioniert. Wie funktioniert das?

Dann habe ich überlegt, da Kontaktlinsen auf dem Auge schwimmen, aber unter Wasser auch Kontakt mit Wasser statt der Luft haben, für die sie bestimmt sind, haben Kontaktlinsen eine Wirkung unter Wasser (ignoriert das Risiko, dass sie schnell wegschwimmen) ? ?

Zu guter Letzt, welche Maße hätte eine Brille, die tatsächlich unter Wasser funktioniert (sei es für Normalsichtige oder Kurzsichtige), wenn wir ihrerseits ihre Leistung in der Luft außer Acht lassen? Wie dick und groß wären sie?

Warum beantworten die verlinkten Fragen/Antworten nicht auch Ihre Frage? Ihre Brille hilft nicht, weil sie auch fast den Brechungsindex von Wasser hat. Die akzeptierte Antwort dort befasst sich auch mit Schutzbrillen und Kontaktlinsen.
Hat eine verschlechternde Wirkung, hmmm. Haben Sie an eine durch Wasserdruck verursachte Abstandsänderung zwischen Augenlinse und Augenhintergrund gedacht? Eine Verkürzung dieser Entfernung würde mit einer Verschlechterung des Sehvermögens bei Kurzsichtigkeit einhergehen. Eine Möglichkeit, dies zu sagen, ist 3 Fuß Tiefe gegenüber 6 Fuß Tiefe.
Stimmt, ich habe die akzeptierte Antwort nicht genau genug gelesen. Das reduziert meine Frage auf die Teilfragen 2 und 4.
@ John Heath Ich werde das ausprobieren. Als ich gestern schwimmen ging (ich kann nur montags gehen), habe ich dies nicht explizit getestet, aber beim Tauchen in 2-3m Tiefe hatte ich mehr Probleme, die Ringe zu erkennen, als ich aufgrund der Tatsache vermutet hatte Oberfläche, kniff die Augen zusammen und betrachtete Dinge, die direkt vor mir waren, so nah wie später die Ringe. Ich werde versuchen, es nächste Woche sorgfältiger und reproduzierbar zu testen, zB versuchen, das Zifferblatt einer Taucheruhr in einer Armlänge Entfernung in verschiedenen Tiefen abzulesen!

Antworten (3)

Brillen, die Kurzsichtigkeit korrigieren, erzeugen ein virtuelles Bild, das näher am Auge liegt als das tatsächliche Objekt :

Zerstreuungslinsenanimation

Außerdem bin ich kurzsichtig: Ohne Brille kann ich nur etwa 30 cm vor meinem Gesicht fokussieren. Meine Brille nimmt Objekte auf, die unendlich weit entfernt sind, und zerstreut das von ihnen kommende Licht, sodass virtuelle Bilder weniger als einen Fuß von meinem Gesicht entfernt sind; So kann ich durch meine Brille auf Objekte fokussieren.

Ich habe auch beobachtet, dass ich unter Wasser mit meiner Schwimmbrille den ganzen Pool überblicken kann. Die meisten Schwimmbrillen sind blasenförmig, daher können wir die Schwimmbrille als plankonvexe Linse modellieren:

Linsenformen( Quelle )

Die gekrümmte Oberfläche der "Brillenlinse" ist die Wasser-Luft-Grenzfläche; Die flache "Oberfläche" ist die Luft-Luft-Grenzfläche, an der es keine Brechung gibt. Wenn Sie nun eine plankonvexe Linse aus Glas bauen und sie in der Luft verwenden, ist es eine Sammellinse. Das liegt daran, dass die Lichtgeschwindigkeit in Glas langsamer ist als in Luft, sodass das Licht in Richtung des dickeren Teils der Linse gebeugt wird. Ihre Brille fungiert jedoch als Linse aus Luft, die in Wasser getaucht ist. Da die relativen Brechungsindizes umgekehrt sind, wird Licht, das sich aus dem Wasser in die "Luftlinse" bewegt, vom dicken Teil der Linse weggebogen. Die Brille wirkt daher unter Wasser wie eine Zerstreuungslinse, wodurch Kurzsichtigkeit korrigiert werden kann.

Ich frage mich, ob Menschen, die keine Brille brauchen, oder Menschen, die weitsichtig sind, die Dinge unter Wasser mit einer Brille verschwommen finden? Vielleicht wird ein solcher Schwimmer kommentieren.

Was meinst du mit "Luft-Luft-Schnittstelle"? Meinen Sie: "Die gekrümmte Oberfläche der "Brillenlinse" ist die Wasser-Kunststoff-Grenzfläche; die flache "Oberfläche" ist die Kunststoff-Luft-Grenzfläche, an der es keine Brechung gibt"? - Die Brille besteht aus einer einfachen Schicht aus durchsichtigem Kunststoff.
Wenn der Kunststoff der Brille durchgehend die gleiche Dicke hat, würde die Brille als "Null-Meniskus"-Linse in das zweite Diagramm passen, weder konvergierend noch divergierend. Deshalb ändert sich beim Blick durch die Brille in die Luft nicht viel am Bild. Die Brechungsgrenzfläche befindet sich zwischen dem Wasser außerhalb der Brille und der Luft innerhalb der Brille. Der Beweis, dass die dünne Plastikschicht nicht viel ausmacht, ist einfach, aber mehr, als ich heute schreiben kann.

Aber was ist stattdessen der Mechanismus, der hier am Werk ist, der Luftgläser unter Wasser unbrauchbar macht?

Der Brechungsindex unterscheidet sich zwischen Luft (~1) und Gläsern (~1,3). Dieser Unterschied macht die "Luft"-Brille funktionsfähig. Das Problem ist, dass Wasser auch einen Brechungsindex von ~1,3 hat. Jetzt gibt es kaum einen Unterschied im Brechungsindex zwischen Gläsern und Wasser, sodass Licht kaum gebeugt wird.

Wie funktioniert das? [Über das bessere Sehen mit einer Brille unter Wasser im Vergleich zu nichts über Wasser]

Ich glaube, ich habe die gleichen Ergebnisse gesehen, von denen Sie sprechen, wenn Sie eine Schutzbrille tragen. Das einzige, woran ich denken kann, ist, dass die Brille selbst Druck auf die Augen ausübt und ihre Form leicht verändert, wodurch die Kurzsichtigkeit vorübergehend verringert wird. Wenn dies tatsächlich passiert, kann eine Person mit normalem Sehen einfach mit der Linse in ihrem Auge kompensieren. Eine weitsichtige Person hätte jedoch mehr Schwierigkeiten beim Sehen, da sie bereits den Bereich überschritten hat, den ihre interne Linse kompensieren kann.

wirken Kontaktlinsen unter Wasser (abgesehen von der Gefahr des schnellen Wegschwimmens)?

Kontaktlinsen haben unter Wasser praktisch keine Wirkung, da die Materialien, die sie dafür verwenden, ebenfalls einen Brechungsindex nahe 1,3 haben. Das Licht wird nicht stark gebeugt, wenn es vom Wasser zum Kontakt mit dem Auge gelangt.

Zu guter Letzt, was wären die Maße einer Brille, die tatsächlich unter Wasser funktioniert

Es ist im Grunde unmöglich, eine Brille unter Wasser zu korrigieren, da der Brechungsindex dem von Wasser sehr ähnlich ist. Sie werden das Licht einfach nicht stark beugen. Aufgrund des gleichen Problems würden Kontaktlinsen auch nicht funktionieren, da sie im Grunde wie eine weitere Wasserschicht wirken würden. Die einzige Möglichkeit, klar zu sehen, wäre eine Wasser / Luftspalt / Augen-Schnittstelle, die eine Brille bietet. Der Grund dafür ist, dass der Brechungsindex von Luft ganz anders ist als der von Wasser.

Schließlich ist es ein schreckliches Bild, aber es zeigt, dass unsere Augen unter Wasser das Licht kaum beugen, was dazu führt, dass wir effektiv extrem weitsichtig werden (egal wie kurzsichtig wir über Wasser sind).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe überlegt, eine Brille mit Sehstärke zu kaufen, wollte aber wissen, ob sie für Luft oder Wasser eingestellt ist (da ich mit einer Brille ohne Brille auch unter Wasser besser sehe). Es hört sich so an, als würden Sie sagen, dass verschreibungspflichtige Brillen unter Wasser nicht funktionieren würden? Sie müssen also auf Luft "getunt" werden.
@Keith Prescription-Brillen würden meiner Meinung nach tatsächlich funktionieren, da sie den Luftspalt hinzufügen. Tatsächlich funktionieren sie, wenn ich richtig denke, sowohl in der Luft als auch im Wasser. Sie können sich vorstellen, dass Licht direkt am Außenrand der Brille einfällt, unabhängig davon, ob Sie sich im Wasser oder in der Luft befinden. Dann wäre auf der Schnittstelle zwischen Brille und Luft (in Richtung Ihrer Augen) das Rezept, das das Licht beugt. Wenn Sie Ihre Brille imprägnieren, würde sie im Grunde sowohl in Wasser als auch in Luft gut funktionieren, da der Luftspalt immer noch verfügbar ist, um das Licht zu biegen.

Beim Optiker per E-Mail:

Das ist eine großartige Frage. Ich habe mich jahrelang über etwas Ähnliches gewundert - welche Brillenstärke braucht man, um ohne Brille unter Wasser klar sehen zu können? Ich hatte gerade einen Patienten, der mich nach dem Tragen einer Brille unter Wasser gefragt hat. Die optischen Prinzipien, die andere hier gepostet haben, sind korrekt. Ich habe mich mit dieser Frage an einen Optikprofessor an der Nova Southeastern University School of Optometry in Fort Lauderdale gewandt: Ich habe eine theoretische Frage zur Optik an Sie: Gibt es eine bestimmte Brille Rx, die unter Wasser klar sehen würde? Ich würde davon ausgehen, dass hochgradig kurzsichtige Patienten unter Wasser eine bessere Sehschärfe haben.

Hier war ihre Antwort: Die Brechkraft der Hornhaut beruht sowohl auf ihrer Krümmung als auch auf dem Unterschied im Brechungsindex zwischen der Außenluft und der wässrigen Flüssigkeit im Inneren des Auges. Befindet sich ein Auge unter Wasser, gibt es auf beiden Seiten der Hornhaut (Wasser und Wasser) keinen Unterschied mehr im Brechungsindex, sodass die Hornhaut keine Brechkraft mehr hätte. Die normale Brechkraft der Hornhaut liegt bei etwa +43 Dioptrien. Wenn wir das also eliminieren, würde ein Patient ohne Sehstärke zu einem Weitsichtigen von +43 Dioptrien! Oder ein kurzsichtiger Patient mit -43 Dioptrien würde unter Wasser klar sehen. Ich habe einige ziemlich hoch kurzsichtige Patienten gesehen, aber nicht ganz so hoch :)

Ich habe gerade eine Minute damit verbracht, aufzufrischen, wie Brechungsfehler normalerweise beim Tauchen/Schnorcheln/Schwimmen korrigiert werden. Die Korrekturlinse ist mit einer flachen Vorderfläche hergestellt, um in die Maske zu passen. Die gesamte Korrektur kommt von der Rückseite der Korrekturlinse, die sich in der Maske in der Luft befindet. Auf diese Weise sorgt die Maske sowohl außerhalb als auch innerhalb des Wassers für dieselbe Korrektur.

Das Fazit ist also, dass wenn der Brechungsindex ähnlich ist (Wasser, Hornhaut und wässrige Flüssigkeit im Auge ... das Auge keine Fokussierkraft hat). Was bei einer Brille über Wasser passiert, ist, dass das in die Linse eintretende Licht langsamer wird, da der Brechungsindex der Linse höher ist als der von Luft. Die Krümmung oder Dioptrienstärke der Linse verändert die Art und Weise, wie das Licht fokussiert wird. Theoretisch könnte man unter Wasser klar sehen, wenn man ein hochbrechendes Linsenmaterial hätte, das ausreichend gekrümmt wäre. FYI Brechungsindex von Luft ist etwa 1,0, Wasser ist 1,33, Hornhaut ist etwa 1,4, Linsenmaterial für Standardbrillen ist 1,5 und Linsen mit hohem Brechungsindex (häufig für hohe Brillen verwendet Rxs liegt bei etwa 1,74). Ein letzter Punkt sind die beiden Hauptfaktoren, die den Brechungsfehler bestimmen, die Krümmung der Hornhaut und die Länge des Auges. Wenn also jemand ein sehr langes Auge hatte, würde er unter Wasser besser sehen. Ein cooles Experiment wäre es, mit ein paar Patienten unterschiedlicher Achslänge eine Sehtafel unter Wasser zu nehmen. Das sollte dieses Prinzip zeigen - die Hornhautkrümmung sollte keinen großen Unterschied machen.

Refraktion: Schwimmbrille, Kurzsichtigkeit und Unterwassersicht
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