Refracción: gafas de natación, miopía y visión subacuática

He pensado en esta pregunta debido a mi experiencia personal. Soy miope y en los últimos tres años mi miopía ha empeorado. Tomando un certificado de salvavidas nuevamente ahora que ya lo hice hace tres años, noté mientras buceaba que ya casi no tenía visión al tratar de encontrar y recolectar algunos anillos de entrenamiento, que no tuve ningún problema para identificar visualmente hace tres años. En todos los casos, no llevo gafas mientras buceo.

Entonces, llegué a pensar si la miopía tiene un efecto que se suma al efecto de que los ojos están cubiertos por agua y la córnea casi no tiene refracción. Este proceso se explica en otras preguntas aquí , pero afirmo que mi conjunto de preguntas estrechamente relacionadas es diferente, no solo debido a la inclusión de la miopía.

Luego probé mis anteojos normales bajo el agua y no noté ningún efecto, ni positivo, ni negativo. Ahora estoy confundido en cuanto a por qué los anteojos no tienen efecto, pero la miopía que deberían corregir tiene un efecto de empeoramiento. En esto estoy suponiendo, sin poder justificarlo, que los vasos deben tener el mismo efecto bajo el agua que sobre el agua, porque, como el agua los toca por ambos lados, la luz debe tener un camino diferente dentro de la longitud ( menos flexión a la entrada y salida), pero que los rayos de luz que salen de los vasos bajo el agua deben ser paralelos a los rayos de luz que salen en el aire. Pero, ¿cuál es, en cambio, el mecanismo que opera aquí que hace que los anteojos de aire sean inútiles bajo el agua?

En segundo lugar, noto que, cuando uso gafas de natación, mi miopía se alivia bajo el agua. Esto significa que puedo ver mejor bajo el agua con gafas de natación y sin lentes de contacto ni anteojos correctores que sobre el agua sin anteojos ni lentes. Una búsqueda rápida en la web encontró otras preguntas de personas miopes que notaron este efecto, pero no pude identificar cómo funciona esto para las personas con miopía o miopes normales. ¿Cómo funciona esto?

Luego reflexioné, ya que las lentes de contacto nadan en el ojo, pero, cuando están bajo el agua, también tienen contacto con el agua en lugar del aire para el que están diseñadas, las lentes de contacto tienen un efecto bajo el agua (ignorando el riesgo de que se vayan nadando rápidamente) ?

Finalmente, ¿cuáles serían las dimensiones de un par de anteojos que realmente funcionan bajo el agua (ya sea para personas normales o miopes), cuando nosotros, a su vez, ignoramos su desempeño en el aire? ¿Qué tan gruesos y grandes serían?

¿Por qué la pregunta / y las respuestas vinculadas no responden también a su pregunta? Sus anteojos no ayudan porque también tienen un índice de refracción cercano al del agua. La respuesta aceptada allí también trata sobre gafas y lentes de contacto.
Tiene un efecto de empeoramiento, hmmm. ¿Ha considerado un cambio en la distancia entre el cristalino y la parte posterior del ojo causado por la presión del agua? Un acortamiento de esa distancia sería consistente con el empeoramiento de la visión si es miope. Una forma de saberlo es 3 pies de profundidad frente a 6 pies de profundidad.
Es cierto que no leí la respuesta aceptada con suficiente atención. Eso reduce mi pregunta a las subpreguntas 2 y 4.
@John Heath, lo intentaré. Cuando fui a nadar ayer (solo puedo ir los lunes), no probé esto explícitamente, pero cuando me sumergí a 2-3 m de profundidad, tuve más problemas para detectar los anillos de lo que pensé que habría tenido por estar en el superficie antes, entrecerrando los ojos y mirando las cosas que estaban justo en frente de mí tan cerca como lo estaban los anillos más tarde. Trataré de probarlo con más cuidado y replicabilidad la próxima semana, por ejemplo, tratando de leer el dial de un reloj de buceo a un brazo de distancia a diferentes profundidades.

Respuestas (3)

Las gafas que corrigen la miopía producen una imagen virtual más cerca del ojo que del objeto real :

animación de lentes divergentes

También soy miope: sin mis anteojos, solo puedo enfocar alrededor de un pie frente a mi cara. Mis anteojos toman objetos que están infinitamente lejos y divergen la luz que proviene de ellos, de modo que hay imágenes virtuales a menos de un pie de mi cara; así es como puedo enfocar objetos a través de mis anteojos.

También he observado que, bajo el agua, puedo ver toda la piscina con las gafas de natación puestas. La mayoría de las gafas de natación tienen forma de burbuja, por lo que podemos modelar las gafas de natación como una lente plano-convexa:

formas de lentes( fuente )

La superficie curva de la "gafa-lente" es la interfaz agua-aire; la "superficie" plana es la interfaz aire-aire, donde no hay refracción. Ahora, si construyes una lente plano-convexa de vidrio y la usas en el aire, es una lente convergente. Esto se debe a que la velocidad de la luz es más lenta en el vidrio que en el aire, por lo que la luz se desvía hacia la parte gruesa de la lente. Sin embargo, sus gafas actúan como una lente hecha de aire y sumergida en agua. Dado que los índices relativos de refracción están invertidos, la luz que se mueve desde el agua hacia la "lente de aire" se desvía de la parte gruesa de la lente. Las gafas, cuando están bajo el agua, actúan como lentes divergentes, que es la forma de corregir la miopía.

Me pregunto si las personas que no necesitan anteojos, o las personas hipermétropes, encuentran las cosas más borrosas bajo el agua con las gafas puestas. Quizás tal nadador comentará.

¿Qué quieres decir con "interfaz aire-aire"? ¿Quiere decir: "La superficie curva de la" lente de las gafas "es la interfaz agua-plástico; la" superficie "plana es la interfaz plástico-aire, donde no hay refracción"? - Las gafas son una simple capa de plástico transparente.
Si el plástico de las gafas tiene el mismo grosor en todas partes, las gafas encajarían en el segundo diagrama como una lente de "menisco cero", ni convergente ni divergente. Por eso, mirando a través de las gafas en el aire, no hay mucho cambio en la imagen. La interfaz refractiva se encuentra entre el agua fuera de las gafas y el aire dentro de las gafas. Demostrar que la fina capa de plástico no importa mucho es sencillo, pero más de lo que puedo escribir hoy.

Pero, ¿cuál es, en cambio, el mecanismo que opera aquí que hace que los anteojos de aire sean inútiles bajo el agua?

El índice de refracción es diferente entre el aire (~1) y los vidrios (~1,3). Esta diferencia es lo que hace que las gafas de "aire" funcionen. El problema es que el agua también tiene un índice de refracción de ~1,3. Ahora apenas hay diferencia en el índice de refracción entre los vasos y el agua, por lo que la luz apenas se desvía.

¿Cómo funciona esto? [sobre la mejor visión con gafas bajo el agua frente a nada sobre el agua]

Creo que he visto los mismos resultados de los que hablas cuando usas goggles. Lo único que se me ocurre es que las gafas en sí ejercen presión sobre los ojos y cambian ligeramente su forma para reducir temporalmente la miopía. Si esto realmente está sucediendo, una persona con visión normal puede compensarlo con la lente dentro de su ojo. Sin embargo, una persona con visión de futuro tendría más dificultades para ver porque ya superó el rango que su lente interna puede compensar.

¿Los lentes de contacto tienen algún efecto bajo el agua (ignorando el riesgo de que se vayan nadando rápidamente)?

Los lentes de contacto prácticamente no tendrán efecto bajo el agua porque los materiales que usan para ellos también tienen un índice de refracción cercano a 1.3. La luz no se doblará mucho al pasar del agua al contacto con el ojo.

Finalmente, ¿cuáles serían las dimensiones de un par de anteojos que realmente funcionan bajo el agua?

Básicamente, es imposible que las gafas corrijan cualquier tipo de visión bajo el agua porque el índice de refracción es muy similar al del agua. Simplemente no doblarán mucho la luz. Por el mismo problema, los lentes de contacto tampoco funcionarían porque básicamente actuarían como otra capa de agua. La única forma de ver claramente sería tener una interfaz de agua/espacio de aire/ojo que es lo que proporcionan las gafas. La razón por la que esto funciona es porque el índice de refracción del aire es muy diferente al del agua.

Por último, es una imagen terrible, pero muestra que bajo el agua, nuestros ojos apenas desvían la luz, lo que hace que seamos extremadamente hipermétropes (sin importar cuán miopes seamos sobre el agua).ingrese la descripción de la imagen aquí

Estaba pensando en comprar unas gafas graduadas pero quería saber si serían para aire o agua (ya que también veo mejor bajo el agua con gafas sin gafas). ¿Parece que estás diciendo que las gafas graduadas no funcionan bajo el agua? Por lo tanto, deben estar "sintonizados" para el aire.
Las gafas de prescripción @Keith realmente funcionarían, creo, ya que están agregando el espacio de aire. De hecho, si mi pensamiento es correcto, funcionarán tanto en el aire como en el agua. Puede pensar que la luz entra directamente en el borde exterior de las gafas, independientemente de si está en el agua o en el aire. Luego, en la interfaz de las gafas con el aire (hacia sus ojos) estaría la prescripción que desvía la luz. Básicamente, si impermeabilizaste tus lentes, funcionaría bien en agua o aire porque el espacio de aire todavía está disponible para doblar la luz.

De un optometrista, por correo electrónico:

Esta es una gran pregunta. Me he preguntado algo similar a esto durante años: qué receta de anteojos se necesitaría para ver claramente bajo el agua sin anteojos. Acabo de tener un paciente que bucea y me preguntó acerca de usar anteojos bajo el agua. Los principios ópticos que otros han publicado aquí son correctos. Me comuniqué con un profesor de óptica en la escuela de Optometría de la Universidad Nova Southeastern en Fort Lauderdale con esta pregunta: Tengo una pregunta de óptica teórica para usted: ¿Existen ciertos anteojos Rx que verían claramente bajo el agua? Asumiría que los pacientes altamente miopes tendrían una mejor agudeza bajo el agua.

Aquí estaba su respuesta: el poder de refracción de la córnea se debe tanto a su curvatura como a la diferencia en el índice de refracción entre el aire exterior y el líquido acuoso del interior del ojo. Si un ojo está bajo el agua, ya no habrá una diferencia en el índice de refracción a ambos lados de la córnea (agua y humor acuoso), por lo que la córnea no tendría ningún poder de refracción. El poder refractivo normal de la córnea es de alrededor de +43 dioptrías, por lo que si eliminamos eso, ¡un paciente con cero prescripción de anteojos se convertiría en un hipermétrope de +43 dioptrías! O bien, un paciente miope de -43 dioptrías vería claramente bajo el agua. He visto algunos pacientes miopes bastante altos, pero no tanto :)

Acabo de pasar un minuto repasando cómo se suele corregir el error de refracción en el buceo, el esnórquel y la natación. El lente correctivo está hecho con una superficie frontal plana para encajar dentro de la máscara. Toda la corrección proviene de la superficie posterior de la lente correctiva que se encuentra dentro de la máscara en el aire. De esta manera, la máscara proporcionará la misma corrección tanto fuera como dentro del agua.

Entonces, la conclusión es que si el índice de refracción es similar (agua, córnea y líquido acuoso dentro del ojo... el ojo no tiene poder de enfoque). Lo que sucede con los anteojos sobre el agua es que la luz que ingresa a la lente se ralentiza porque el índice de refracción de la lente es más alto que el del aire. La curvatura o potencia dióptrica de la lente altera la forma en que se enfoca la luz. Teóricamente, si tuviera un material de lente de alto índice que fuera lo suficientemente curvo, uno podría ver claramente bajo el agua. Para su información, el índice de refracción del aire es de aproximadamente 1,0, el del agua es de 1,33, la córnea es de aproximadamente 1,4, el material de los lentes de los anteojos estándar es de 1,5 y los lentes de alto índice (a menudo se usan para anteojos altos, el Rxs es de alrededor de 1,74). Un último punto son los dos factores principales que determinan el error de refracción: la curvatura de la córnea y la longitud del ojo. Entonces, si alguien tuviera un ojo muy largo, vería mejor bajo el agua. Un buen experimento sería tomar una tabla optométrica bajo el agua con algunos pacientes de diferentes longitudes axiales. Eso debería mostrar este principio: la curvatura corneal no debería marcar una gran diferencia.

Refracción: gafas de natación, miopía y visión subacuática
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