Tauchen-Optik
Schlagwörter: Tauchen, Optik, Brechung, Sehwinkel, optische Hebung
Warum sehen wir Dinge unter Wasser größer?
Wir können Dinge sehen, weil von ihnen Licht in unsere Augen gestreut wird. Das Licht, dass vom Fisch gestreut wird, gelangt über die Maske zu unserem Auge (roter Lichtweg) ►01.
Beim Übergang vom Wasser zur Luft in unserer Maske, ändert das Licht seine Ausbreitungsrichtung. Es wird gebrochen. Damit ändert sich der Winkel des einfallenden Lichtes.
Der Winkel, unter dem wir den Fisch jetzt wahrnehmen, der Sehwinkel, entscheidet über die Wahrnehmung der Größe. Durch den veränderten Sehwinkel wird unserem Gehirn eine andere Größe und eine andere Entfernung des Fisches suggeriert. Diese können wir an der rückwärtigen Verlängerung der in das Auge treffenden Strahlen erkennen (grün-gestrichelte Linie).
Wenn wir unter Wasser etwas durch unsere Maske beobachten, dann erscheint es uns ca. um 1/3 größer und um ¼ dichter.
Wenn wir scheinbar einen 4 m langen Fisch in einem Abstand von 9 m sehen, dann ist er tatsächlich nur 3 m lang und 12 m entfernt.
Zur Berechnung
Beim Übergang von einem optischen Medium in ein anderes optisches Medium ändert das Licht an der Grenzschicht seine Ausbreitungsrichtung. Diesen Vorgang nennen wir Brechung.
Nach den Gesetzen der Brechung gilt:
{\huge\frac{\sin \,\alpha }{\sin \,\beta }=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}=n}
n1 und n2 – Brechzahlen der Medien
n – Brechungsindex, der Quotient für den Übergang zwischen den Medien
Licht breitet sich im Vakuum mit einer Geschwindigkeit von ca. 300.000 km/s aus. In allen Medien ist die Lichtgeschwindigkeit geringer. Im Wasser beträgt die Lichtgeschwindigkeit nur noch ca. 225.000 km/h.
Brechung an der Maske
Der Brechungsindex nLuft von Luft beträgt ca. 1, der Brechungsindex von Wasser nH2O beträgt 1,33.
Wenn wir das in die obige Gleichung einsetzen, dann erhalten wir:
{\large \frac{\sin {{\alpha }_{Wasser}}}{\sin {{\beta }_{Luft}}}=\frac{{{n}_{Luft}}}{{{n}_{Wasser}}}=\frac{1}{1,33}=0,75 }
GeoGebra
In der GeoGebra Animation kannst du die Medien variieren und die verschiedenen Brechungen beobachten.
optische Hebung
Wir wissen, dass Licht beim Übergang in ein anderes optisches Medium seine Ausbreitungsrichtung ändert, es wird gebrochen.
Beim Übergang von Wasser zu Luft (a<90°), wird das Licht vom Einfallslot weggebrochen. ►02
Dadurch sehen wir den Fisch scheinbar größer und scheinbar höher.
Unser Gehirn geht von einer gradlinigen Ausbreitung des Lichtes aus (grün-gestrichelte Linie). Daher vermutet unser Gehirn den Fisch an der höheren Position.
Farben unter Wasser
Ein weiteres optisches Phänomen, dass wir unter Wasser beobachten können ist der „Farbverlust“. Je tiefer wir tauchen, desto farbloser wirken die Objekte die wir betrachten.
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