ILoveDiving.ru
Cайт посвящен дайвингу и погружениям в России. Наша цель — создание интересного и полезного ресурса про подводный мир и его исследование.
Зрительное восприятие под водой
Наверное, всякий из нас, плавая в бассейне или в море, открывал глаза под водой и помимо неприятного ощущения в глазах вдруг обнаруживал, что все предметы оказывались как бы «не в фокусе». Потерю остроты зрения при погружении в воду легко объяснить, исследовав строение глаза.
Рефракция. Когда свет переходит из одной прозрачной среды в другую, имеющую иную плотность или иное физическое строение, световые лучи, преломляясь, изменяют свое первоначальное направление. Степень преломления лучей, или рефракция, зависит от структуры среды и измеряется с помощью величины, называемой показателем преломления. Явление рефракции поясняется с помощью схематического изображения глаза (рис. 2). Свет, отраженный от предмета, проходит через воздушную среду (рис. 2, а) и попадает на роговую оболочку— наружную поверхность глазного яблока. Показатель преломления прозрачной роговой оболочки отличается от показателя преломления воздуха, вследствие чего световые лучи преломляются и проходят через хрусталик глаза. Степень преломления роговой оболочки прямо пропорциональна отношению показателей преломления воздуха и вещества роговой оболочки. При погружении глаза в воду теряется около 75% его преломляющей способности, поскольку показатели преломления роговой оболочки и воды почти одинаковы. Вследствие этого фокусирующая способность глаза изменяется: он становится как бы дальнозорким. При этом световые лучи, обычно преломляемые склерой и перед попаданием на сетчатку фокусируемые хрусталиком — внутренней линзой глаза, теперь фокусируются за поверхностью сетчатки, и на ней получается расплывчатое изображение предмета (рис. 2, б).
У некоторых млекопитающих, которые проводят значительную часть своей жизни в подводных условиях, особый механизм изменяет геометрическую форму глаза, благодаря чему животное видит подводные предметы в «фокусе». Человек, не обладающий подобным механизмом адаптации, должен искать иное решение проблемы видения под водой.
По преданиям, ловцы жемчуга имели обыкновение набирать в рот вязкое масло и выпускать его под водой с целью обеспечить себе четкое зрительное восприятие нужных предметов. Масло имеет более благоприятный для человеческого зрения показатель преломления и может сфокусировать изображение предмета, когда попадает между наблюдаемым объектом и человеческим глазом. На рис. 2, в показано, каким образом осуществляется коррекция зрительного восприятия под водой в настоящее время. С помощью лицевой маски или защитных очков перед глазом сохраняется воздушная среда, которая восстанавливает нормальное отношение показателей преломления окружающей глаз среды и вещества роговой оболочки, в результате чего изображение на поверхности сетчатки получается четким.
Рис. 2. Воздействие водной среды на зрительное восприятие человека.
Однако это изображение не совсем такое, как при наземном видении. Хотя мы и окружили глаз воздушной средой, имеется еще одна среда, вернее, комбинация различных сред — стекло лицевой маски и вода. Показатели преломления этих веществ различны, поэтому световые лучи преломляются даже в оптически гладком стекле. Подобная рефракция не нарушает, однако, четкости изображения на сетчатке, хотя и сужает поле зрения. В результате предметы, рассматриваемые человеком под водой через лицевую маску или защитные очки, будут казаться ему больше, чем они есть на самом деле, до тех пор, пока не произойдет сенсорной адаптации. Такое «увеличение» в результате сужения на 25% поля зрения помогает лучше разглядеть близлежащие предметы при выполнении подводных работ. Это единственный пример «усиления» сенсорного восприятия человека за счет физических особенностей подводной среды.
Зрительное восприятие в стрессовых ситуациях. В нормальной обстановке трудно, на первый взгляд, установить зависимость остроты сенсорного восприятия от психологических моментов. Лишь совсем недавно было доказано, что в чуждой или агрессивной среде при стрессовых ситуациях эта очень важная взаимосвязь действительно имеет место. Механизм этой взаимосвязи пока еще изучен не полностью, но результаты исследований свидетельствуют о том, что на опасность человек реагирует совсем не так, как нам хотелось бы. Казалось бы, сенсорная система должна реагировать на опасность повышением чувствительности. Однако исследования, проведенные профессорами Калифорнийского университета Г. Уэлтманом и Г. Эгстремом, показывают, что в стрессовых условиях испытуемые утрачивают остроту зрения, а при достаточно сильном стрессе зрение испытуемых становится концентрически суженным, или трубчатым. Поскольку погружение в воду, особенно на значительную глубину, ставит человека в стрессовую ситуацию, можно утверждать, что указанное явление вкупе с сужением поля зрения за счет оптических особенностей водной среды становится важным фактором при оценке работоспособности человека под водой.
Цветовое восприятие. Изменение цветового восприятия под водой носит чисто физический характер и имеет место лишь в том случае, если объект видения освещается естественным светом. Когда солнечный свет проникает в воду, часть его отражается от поверхности воды. Та же его часть, которая попадает в водную среду, тотчас подвергается воздействию ее оптических свойств. На рис. 3 показана относительная способность цветов видимой части спектра проходить через прозрачную морскую воду. Первым поглощается красный цвет. Дальше всех проникают сине-зеленые составляющие видимой части спектра. Влияние этого на зрительное восприятие очевидно. Как следует из графика, красные цвета в прозрачной морской воде исчезают на глубине около 10,7 м (35 футов). Это означает, что любой красный объект на такой глубине, видимый в лучах света, идущего с поверхности моря, будет выглядеть не красным, а тусклым, буровато-серым. Вне пределов проникновения красной составляющей солнечного света любой красный предмет, освещенный источником света, содержащего эту составляющую видимого спектра, будет восприниматься человеком как красный. Аналогичное явление происходит с другими цветами на соответствующем расстоянии от поверхности моря. Поскольку водолазы, погружающиеся на значительные глубины, пользуются преимущественно искусственными источниками света, изменение цветовосприятия под водой представляет в основном теоретический интерес.
Рис. 3. Распространение световой энергии в воде. На заштрихованном участке графика показана дальность распространения световой энергии в морской воде неподалеку от берега (данные приблизительные). Красный свет исчезает в морской воде на глубине 9—12 м, сине-зеленая часть видимого спектра проникает на глубину свыше 487 м.
Водолазное дело стало бы на редкость привлекательным занятием, если бы то, чего не видит или о чем не знает водолаз, не могло причинять ему вред. Поле зрения нашего водолаза уже сужено за счет физических и психологических факторов, однако эти факторы отступают на второй план, когда речь заходит о раг боте водолаза в мутной воде. В водолазном деле мутная вода означает изоляцию водолаза, ориентирование на ощупь, стрессовые ситуации. Люди, знакомые с водолазным делом лишь по кинофильмам и фотоснимкам, просто не могут представить себе условий, в которых приходится работать водолазам.
Вода становится мутной от взвешенных в ней мелких частиц нерастворимого вещества. Степень мутности и ее влияние варьируется в зависимости от места. В нью-йоркской гавани, например, видимость в воде сокращается до 7,5 см и менее. Любой свет, проникающий с поверхности, рассеивается и отражается в мутной воде настолько беспорядочно, что им практически невозможно пользоваться. В чистых прибрежных районах видимость варьируется в пределах от 90 см до 4,5 м. В открытом море видимость зависит от течений и ветров и может достигать 60 м. Мутность уменьшает радиус обзора и может снизить видимость до такого минимума, который бывает при густом тумане в надводных условиях.
Техника освоения морских глубин. Пер. с англ. Л., “Судостроение”
Дж.Кенни.
Источник
Зрение под водой.
Когда человек попадает под воду, у него сильно искажается зрительное восприятие объектов. Это происходит вследствие того, что в водной среде, по сравнению с воздушной, значительно изменяется следование световых сигналов от предметов к глазу и их восприятие. Видимость предметов из-за ухудшения естественной освещенности обычно прекращается на глубинах 40-60 м. Расстояния, на которых могут различаться предметы, также значительно сокращаются. И, наконец, предметы становятся нечетко видимыми из-за возникновения «дымки» рассеивания. Этим, однако, вопрос не исчерпывается: движение зрительных сигналов изменяется не только в воде, но и в глазу. Воздух имеет коэффициент преломления световых лучей, равный единице, а преломляющие среды глаза 1,336-1,406, и, исходя из этих данных, эволюция «спроектировала» формы и размеры глаза. Коэффициент преломления воды (1,33) практически равен показателю роговицы (1,376), и она утрачивает в воде значительную часть преломляющей силы. Глаз становится некорригируемым естественными аккомодационными усилиями. Предметы проецируются на сетчатке в кругах светорассеяния. Отсюда расплывчатые изображения предметов, их видимость обеспечивается только на близком расстоянии и при значительных угловых размерах.
Человек, способный различать детали при угловых размерах примерно 1 мин, например нить толщиной 0,05 мм, в воде будет различать детали с угловыми размерами 90-180 мин (1,5-3°). Это будет нить толщиной 3-5 мм. Каждый, кто под водой рассматривал свои пальцы, мог обнаружить, что не различает мелких складок, пор и т. д. Считается, что только в результате появления кругов светорассеяния острота зрения под водой снижается в 100- 200 раз. Кроме того, при непосредственном контакте роговицы с водой сужается поле зрения, что также связано с уменьшением преломления.
К счастью, преломляющая сила роговицы сохраняется, если между нею и водой окажется воздушная прослойка, из которой световые лучи будут проникать в роговицу. Через иллюминаторы или стекло маски предметы в воде воспринимаются так же, как при взгляде из воздушной среды сверху через поверхность воды. Кругов рассеивания и сужения полей зрения нет. Мелкие детали объектов видны хорошо, однако остаются низкая освещенность, видимость только на близком расстоянии, «дымка». Наличие воздушной прослойки приводит к искаженным представлениям местоположения и размеров находящихся в воде предметов из-за преломления на границах сред вода — воздух. Предметы воспринимаются увеличенными приблизительно на треть и смещенными со своих реальных мест ближе к наблюдателю.
Источник
Почему без маски ныряльщик плохо видит окружающие предметы? (3 фото)
Маска для ныряния
Маски делятся на две группы – классические и современные. Весомым преимуществом первой является иллюминатор овальной формы и большого размера. Благодаря ему обеспечивается солидный угол обзора. Но достоинство одновременно является и недостатком, поскольку при этом формируется достаточно большое подмасочное пространство и возникают трудности при продувке, так как большой иллюминатор затрудняет доступ к носу, и его приходится зажимать указательными пальцами обеих рук.
Выпускаются также полноценные маски со встроенным регулятором и устройством для обеспечения голосовой связи. Но они мало распространены из-за высокой стоимости.
Как маска помогает ныряльщику лучше видеть предметы под водой
Коэффициент преломления световых лучей в воздухе равен единице, а преломляющей среды человеческого глаза варьируется с 1,336 до 1,406. Ориентируясь на эти показатели, эволюция и спроектировала наши органы зрения в том виде, в каком они существуют сейчас. Коэффициент преломления воды составляет 1,33, то есть он практически равен коэффициенту роговицы, из-за чего та практически полностью теряет в воде свои преломляющие способности.
Проецирование предметов на сетчатке происходит в кругах светорассеяния. Поэтому под водой человек видит окружающие объекты расплывчатыми, с размытыми контурами и только с близкого расстояния. Если попытаться рассмотреть под водой свои руки, то на них не будет видно пор, волосков, линий ладоней, бороздок ногтей. Принято считать, что при появлении кругов светорассеяния острота зрения в воде падает минимум в 100 и более раз! Плюс к этому, при соприкосновении роговицы с водой уменьшается угол обзора, что обусловлено уменьшением преломления. Но преломляющие способности роговицы и их показатели останутся неизменными, если между водой и глазами будет воздушная прослойка, позволяющая световым лучам беспрепятственно проникать в роговицу. Все подводные объекты через стекло маски будут восприниматься так же, как если бы человек смотрел в воду через воздушную среду.
В таком случае не будет кругов рассеяния, как и сужения поля зрения. Хорошо видны становятся даже мелкие элементы предметов. Но остается своего рода дымка или блики из-за плохого освещения. Поскольку в маске между глазами и водой присутствует воздушная прослойка, то место расположения и габариты объектов будут искажаться. Все, что человек видит под водой, кажется ему примерно на 30% больше и визуально выглядит более приближенным к наблюдателю, чем это есть на самом деле.
Таким образом, ныряльщик плохо различает предметы без маски, поскольку зрительный аппарат в воде действует иначе, нежели в атмосфере. Если в обычных условиях, на суше, световые лучи сначала особым образом преломляются роговицей и хрусталиком и лишь затем фокусируются на сетчатке, то в водной среде это выглядит иначе. Роговица практически не преломляет лучи из-за совпадения коэффициентов преломления, и изображение фокусируется за сетчаткой, а не на ней. То есть в воде люди с нормальным зрением становятся дальнозоркими, а воздушная прослойка между лицом и водой, которую обеспечивает маска, позволяет этого избежать.
Источник
Почему под водой предметы кажутся больше? Клуб почемучек
В сегодняшнем выпуске я буду отвечать на вопрос мамы Риты и ее дочки Ани: «Почему абрикосы в банке кажутся большими?«
Во время закатки абрикос на зиму, Рита с Аней заметили, что в банке размеры фруктов значительно увеличились. Думаю, многие дети во время купания в ванной или на море тоже замечали, что размеры под водой кажутся больше, чем на самом деле. Кроме того, те, кто хоть раз пытался что-нибудь достать из-под воды замечал, что расстояния в воде обманчивы. Почему так происходит, я и расскажу в сегодняшнем занятии.
Давайте проведем опыт и проверим, действительно ли предметы увеличиваются? Абрикосового компота дома у нас не нашлось, поэтому мы взяли вместо них небольшие мячики.
| Материалы для опыта |
 |
| Измеряем линейкой видимую ширину мячика (чтобы плоской линейкой измерить выпуклый шарик, надо во время измерения зажмурить один глаз) |
 |
| Если малыш еще не умеет измерять по линейке, можно для наглядности взять бумажную полоску и отмечать ширину маркером) |
 |
| Кладем мячик в пустую банку и сравниваем его ширину с отметкой на бумажке. Его размер остался практически тем же, что и был. Значит, сама банка тут не важна. |
 |
| Доливаем в банку воду и снова проверяем ширину. Видимый размер мячика значительно увеличился! Он «вырос» где-то на четвертинку. И все благодаря тому, что мы смотрим на него через воду. |
| Да и без измерений видно, что шарики в банке стали выглядеть гораздо больше |
Виновато во всем преломление света. Хотя выпуклый бок банки тоже вносит свой вклад. Он дополнительно увеличивает и к тому же искривляет изображения предметов, расположенных внутри банки. Но как мы узнали, это вклад не так значителен, как то, что дает преломление света в воде.
Что же такое это самое «преломление»?
Преломление света — это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред. А если сказать проще, то происходит следующее. Лучи солнечного света, падая на банку и абрикосы в ней, отражаются, и часть этих отраженных лучей попадает нам в глаз. Под воздействием света сетчатка глаза (специальный светочувствительный слой) посылает сигналы в мозг, и там формируется изображение банки с абрикосами. А мы говорим «глаз видит». Лучи света обычно попадают к нам в глаз по воздуху. Без всяких отклонений. Поэтому мы видим предметы такими, какие они есть. Но если лучик проходит через разные среды (т.е. разные вещества: например, воздух и воду, воду и стекло и т.д.), то он отклоняется от своего пути. И попадает на сетчатку глаза не там, где должен быть, а чуть-чуть в стороне. Вот и получается, что мы видим предмет чуть-чуть больше (или меньше, это уже от сред зависит), чем он есть на самом деле.
Давайте познакомимся поближе с преломлением света в разных средах и проведем несколько простых и эффектных опытов. демонстрирующих его свойства.
Опыт 1. Палочка сломалась?
Самое простое — это опустить в стакан с водой палочку или ложку и посмотреть, что с ней случилось. Она сломалась? Нет, это и есть «преломление». Лучи света от той части соломинки, которая находится над водой формируют изображение соломинки в глазу немного дальше, чем те, которые идут от подводной части. Вот и получается, что эти две части перестали совпадать.
| Демонстрация преломления света |
Опыт 2. Как сделать видимым дно чашки?
Второй опыт даже не опыт, а фокус. Попросите малыша приклеить кусочек пластилина ко дну чашки (1). Пусть он сядет так, чтобы дно чашки и приклеенный кусочек ему не были видны (2). И объявите ему, что вы сможете с помощью волшебной воды сделать так, что он увидит кусочек пластилина не сходя с места. Раз-два-три, наливаем воды. Кусочек пластилина и вправду стал виден! Спросите малыша, понял ли он, как это произошло? Все дело опять в преломлении света на границе воздух-вода. Сначала лучи света от пластилина в глаз не попадали, им мешал бортик чашки. А когда мы налили воду, они стали отклонятся и проходить выше бортика чашки. Поэтому и пластилин стал виден.
| Как сделать видимым дно чашки при помощи преломления |
Опыт 3. Преломление в разных средах
Преломление может происходить не только на границе вода-воздух, но и масло-воздух. например. Давайте посмотрим, одинаково ли это происходит? Нальем в один стаканчик воду, в другую растительное масло и положим в стаканчики одинаковые палочки.
| В разных жидкостях преломление разное |
Если присмотреться, то мы увидим, что в масле палочка «искривилась» сильнее, чем в воде. Значит, на границе масло-воздух свет преломляется сильнее, чем на границе вода-воздух. Физики в таких случаях говорят, что у масла коэффициент преломления выше, чем у воды. Посмотрим в специальных таблицах, то увидим, что так оно и есть. У воды коэффициент преломления — 1,334, а у подсолнечного масла — 1,47. У воздуха коэффициент преломления практически равен единице (а точнее, 1,000292), у стекла 1,5 — 1,6.
Мы видим прозрачные предметы только благодаря тому, что коэффициенты преломления воздуха и материала из которого они состоят (стекло, пластик, вода) различаются. Если бы мы сделали прозрачный материал, коэффициент преломления которого такой же как у воздуха, то он стал бы полностью невидимым!
В одном детективном романе преступник так спрятал бриллиант, что его не могли найти полицейские сыщики. И только частный детектив догадался, что бриллиант лежит в аквариуме, где он совершенно не виден. Это могло произойти, если бриллиант был такой чистоты, что его коэффициент преломления совпал с коэффициентом преломления воды. Если у вас дома есть бриллианты, то можете попробовать сами провести такой опыт 🙂 У нас нашелся только пластмассовый прозрачный кристалл, но при опускании его в воду он был прекрасно виден.
Но если взять более подходящие среды, то может получиться очень интересный опыт.
Опыт 4. Фокус с исчезающим стаканом.
Нам понадобится:
Прозрачные стаканы — большой и маленький (маленький должен помещаться в большом)
Подсолнечное масло.
Демонстрация:
1. Берем маленький стакан, наполняем маслом и ставим его в большой. Стакан прекрасно видно, не правда ли?
2. А теперь под слова заклинания начинаем доливать масло, пока оно не заполнит и большой стакан и не накроет маленький
3. Мы видим, что маленький стакан полностью исчез, растворился в большом стакане с маслом. Как такое может быть?!
| Фокус с исчезновением стакана |
Объяснение опыта:
Конечно, никуда маленький стакан не исчез. Просто он стал невидимым в масле. Спросите малыша, почему? Правильно, потому что коэффициент преломления стекла и подсолнечного масла почти одинаковые.
Надеюсь, Рите с Аней понравятся эти опыты и фокусы 🙂
А на следующей неделе я буду отвечать на вопрос » Что быстрее, машина или поезд? «. Не пропустите очередной выпуск «Клуба почемучек»!
Источник
