Ojos abiertos bajo el agua

No puedes ver claramente bajo el agua por un par de razones. Uno es el grosor de su cristalino, pero el principal es el índice de refracción de su córnea.

Como referencia, aquí está la imagen de Wikipedia de un ojo humano.

Según Wikipedia , dos tercios del poder de refracción de su ojo está en su 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, la córnea desvía la luz tanto como una lente en el aire cuyo índice de refracción es

Eso significa que estás perdiendo alrededor del 90 % del poder de refracción de tu córnea, o el 60 % de tu poder de refracción total, cuando entras al agua.

La pregunta es si su lente puede compensar eso.

No encontré una cotización 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 mismo.

Para una lente esférica con índice de refracción$n$sentado en un medio con índice de refracción$n_0$, la distancia focal efectiva es

El índice de refracción de tu humor vítreo es de aproximadamente 1,33 (como el agua), y el índice de refracción de tu cristalino, según Wikipedia , varía entre 1,386 y 1,406. Tomemos 1.40 como promedio. Entonces, conectando los números, la distancia focal efectiva de una lente de ojo esférica sería cinco veces su diámetro.

La imagen de Wikipedia de un ojo humano hace que esto parezca razonable: una lente esférica podría 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 acuoso, ya que tienen índices de refracción similares. [2] Sin embargo, incluso entre los animales terrestres, el cristalino de los primates, como los humanos, es inusualmente plano.[3]

Entonces, la razón por la que no puede ver bien bajo el agua es que el cristalino de su ojo es demasiado plano.

Si usa gafas protectoras, la luz se refracta mucho más cuando ingresa a la córnea, la misma cantidad que lo normal. Si desea usar algún tipo de lentes correctivos directamente en el ojo, como lentes de contacto, deben tener un índice de refracción lo más bajo posible.

Buscando en Google "lentes de contacto subacuáticos", encontré un artículo sobre lentes de contacto hechos con una capa de aire , lo que permite a los buceadores ver con nitidez bajo el agua.

¿Estoy en lo correcto?

Sí.

Si es así, ¿qué lentes se deben usar para ver claramente bajo el agua?

No necesita lentes adicionales, tiene uno en los ojos, solo use gafas protectoras que formen una capa de aire entre el agua y los ojos.

Si decide colocar una lente convergente frente a sus ojos, no funcionará porque su ojo aún no podrá enfocar diferentes profundidades. Por lo tanto, solo podrá enfocar rayos provenientes de una distancia fija, lo que no es muy útil.

La ley de Snell funciona con un cambio en el índice de refracción a través de dos medios. La diferencia es mayor para el aire sobre la córnea que para el agua sobre la córnea.

La razón por la que las gafas funcionan es porque las lentes son planas. De esa manera, la interfaz entre el aire y el agua no tiene propiedades de distancia focal.

Otra forma de decir lo mismo: se pueden ver los peces perfectamente en un acuario con paredes planas. El único efecto es que los peces parecen estar un poco 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, puede compensar esto hasta cierto punto entrenando a sus pupilas para que se contraigan bajo el agua, reduciendo así la variación de refracción de la luz transmitida a su retina.

Este famoso estudio de Anna Geslen describe esto en detalle, y también mostró que la notable agudeza visual subacuática de los niños de una tribu de "gitanos del mar" podría ser igualada por una cohorte de niños europeos después de una docena de sesiones de entrenamiento.