Распространение света и звука в воде
Видимость под водой в различных условиях. Видимость в воде зависит от прозрачности, освещенности предметов, а также от того, как защищены глаза водолаза.
Морская вода прозрачнее речной. В ней мало взвешенных частиц, рассеивающих световые лучи. В мутной же воде даже в ясный, солнечный день видимость почти отсутствует, а подводный фонарь малоэффективен. В таких условиях водолазу приходится работать на ощупь.
Освещенность предметов в воде зависит также от глубины проникновения солнечных лучей. Известно, что вода плохой проводник света, так как значительная часть лучистой энергии, поглощаемая ею, превращается в тепловую энергию.
В полдень, когда солнце стоит высоко, в воду проникает больше солнечных лучей, чем ранним утром или в часы заката. При небольшом волнении моря видимость в воде резко ухудшена, так как солнечные лучи отражаются от волн и не проникают в глубину.
Некоторые моря отличаются высокой прозрачностью. Например, в Сарагассовом море она более 60, в Средиземном море 50—60, Баренцевом море — 45, Черном море — 28 м, в реках и озерах от 0,5 до 1,5 м.
В прозрачной воде на большой глубине водолаз может хорошо различать предметы на расстоянии 5—6 м. При спуске на глубину до 100 м, предметы видны на расстоянии 1—2 м.
В воде световые лучи сильно рассеиваются и преломляются, острота зрения резко ухудшается. Водолазу все предметы кажутся неясными, в искаженном виде.
Видимость улучшается, если между глазами и водной средой находится воздушная прослойка. Подводный пловец, например, пользуясь полумаской, может различать под водой даже мелкие предметы и видеть показания компаса и т. п.
Это объясняется тем, что находящийся под маской воздух улучшает преломляющую способность хрусталика глаза, так как лучи света проникают в глаз не из воды, а из воздушной прослойки. В маске и в шлеме водолаз видит предметы отчетливо, хотя изображение их не точно: они кажутся ближе, чем в действительности, и несколько увеличенными, примерно на одну треть натуральной величины. Опытные водолазы путем постоянных тренировок приспосабливаются к этим особенностям зрения и довольно точно определяют расстояние до предмета под водой.
Для улучшения видимости под водой применяется искусственное освещение. Однако в условиях мутной воды оно мало приносит пользы.
И, наконец, под водой человек встречается с таким явлением, как резкое изменение цветоощущения. Особенно это относится к синему и зеленому цветам. Лучше других воспринимается белый цвет. Поэтому инструменты, с которыми водолаз работает под водой, рекомендуется окрашивать в белый цвет.
Слышимость в воде. Звук в воде распространяется со скоростью 1400—1500 м/сек., то есть почти в пять раз быстрее, чем на воздухе. Казалось бы и слышимость под водой должна быть хорошей. Однако это не так. Человек под водой слышит хуже, чем на воздухе. Объясняется это особенностями восприятия звука человеком.
Звуковые волны воспринимаются слуховым аппаратом, расположенным во внутреннем ухе, двумя путями: с помощью воздушной и костной проводимостей. При воздушной проводимости звуковые волны передаются через наружный слуховой проход, вызывают колебание барабанной перепонки и через слуховые косточки среднего уха поступают во внутреннее ухо, раздражая окончание слухового нерва. При костной проводимости звуковые колебания передаются в слуховой аппарат костями черепа. Таким образом на поверхности преобладает воздушная, а под водой костная проводимости. Доказано, что костная проводимость на 40% ниже воздушной, а потому и слышимость под водой снижается.
Дальность слышимости при костной проводимости зависит главным образом от тональности: чем выше тон, тем дальше слышен звук.
Звуки, издаваемые на поверхности, не прослушиваются под водой так же, как не слышны подводные звуки на поверхности. Поэтому. чтобы услышать их, необходимо войти в воду хотя бы по колено. Тогда звуковые колебания по костям передадутся костям черепа, а через них во внутреннее ухо. При погружении же головы громкость звука во много раз увеличится.
Что касается ориентировки под водой по слуху, то она крайне затруднена. Дело в том, что в воздухе звук приходит в одно ухо на небольшую долю секунды (0,0001 сек.) раньше, чем в другое. Поэтому человек, может определить направление, откуда происходит звук с небольшой ошибкой 1—3°. Под водой же звук воспринимается почти одновременно обоими ушами, поэтому они не могут уловить разность во временй поступления звука и определить направление на источник звука.
Для того чтобы научиться правильно определять направление звука под водой, нужны длительные и систематические тренировки.
Опытами установлено, что при спусках в снаряжении с резиновым шлемом, плотно облегающим голову водолаза, звуки хорошо слышны. В снаряжении же с металлическим шлемом водолаз слышит звуки плохо, т. к. при прохождении через металлическую оболочку и слой воздуха в шлеме сила звука теряется.
Источник
Подводное зрение — Underwater vision
Под водой объекты менее заметны из-за более низкого уровня естественного освещения, вызванного быстрым ослаблением света с увеличением расстояния, проходящего через воду. Они также размываются из-за рассеяния света между объектом и зрителем, что также приводит к снижению контрастности. Эти эффекты зависят от длины волны света, цвета и мутности воды. Глаз позвоночных обычно оптимизирован для подводного или воздушного зрения, как в случае с человеческим глазом. Острота зрения оптимизированного для воздуха глаза серьезно страдает из-за разницы в показателях преломления между воздухом и водой при непосредственном контакте с ним. Обеспечение воздушного пространства между роговицей и водой может компенсировать это, но имеет побочный эффект в виде искажения масштаба и расстояния. Дайвер учится компенсировать эти искажения. Искусственное освещение эффективно для улучшения освещения на близком расстоянии.
Стереоскопическая острота зрения , способность определять относительное расстояние до различных объектов, под водой значительно снижается, и на это влияет поле зрения. Узкое поле зрения, вызванное небольшим окном обзора в шлеме, приводит к значительному снижению стереоочувствительности и связанной с этим потере зрительно-моторной координации.
На очень коротком расстоянии в чистой воде расстояние недооценивается в соответствии с увеличением из-за преломления через плоскую линзу маски, но на больших расстояниях — больше, чем досягаемость руки, расстояние имеет тенденцию к завышению в некоторой степени под влиянием мутности. Под водой снижается восприятие как относительной, так и абсолютной глубины . Потеря контраста приводит к завышению оценки, а эффекты увеличения приводят к недооценке на близком расстоянии.
Дайверы могут в значительной степени адаптироваться к этим эффектам со временем и с практикой.
Световые лучи изгибаются, когда переходят из одной среды в другую; величина изгиба определяется показателями преломления двух сред. Если одна среда имеет определенную изогнутую форму, она функционирует как линза . Роговицы , Humours и хрусталик из глаза вместе образуют объектив , который фокусирует изображение на сетчатке . Человеческий глаз приспособлен для просмотра в воздухе. Однако вода имеет примерно такой же показатель преломления, что и роговица (оба примерно 1,33), что эффективно устраняет фокусирующие свойства роговицы. При погружении в воду вместо фокусировки изображений на сетчатке они фокусируются за сетчаткой, что приводит к чрезвычайно размытому изображению из-за гиперметропии .
СОДЕРЖАНИЕ
Фокус
У воды показатель преломления существенно отличается от показателя преломления воздуха, и это влияет на фокусировку глаза. Глаза большинства животных приспособлены либо к подводному, либо к воздушному зрению и не фокусируются должным образом в другой среде.
Кристаллические линзы рыбьих глаз очень выпуклые , почти шаровидные, и их показатели преломления являются самыми высокими из всех животных. Эти свойства позволяют правильно фокусировать световые лучи и, в свою очередь, правильно формировать изображение на сетчатке. Этот выпуклый объектив дал название объективу «рыбий глаз» в фотографии.
Надев плоскую маску для дайвинга , люди могут четко видеть под водой. Плоское окно маски для подводного плавания отделяет глаза от окружающей воды слоем воздуха. Лучи света, попадающие из воды в плоское параллельное окно, минимально изменяют свое направление в самом оконном материале. Но когда эти лучи выходят из окна в воздушное пространство между плоским окном и глазом, преломление становится весьма заметным. Дорожки обзора преломляются (изгибаются) так же, как при просмотре рыб, содержащихся в аквариуме. Линейные поляризационные фильтры уменьшают видимость под водой, ограничивая окружающий свет и затемняя источники искусственного света.
В плоской маске или очках для подводного плавания объекты под водой будут казаться на 33% больше (на 34% больше в соленой воде) и на 25% ближе, чем они есть на самом деле. Также заметны подушкообразные искажения и боковые хроматические аберрации . Двухкупольные маски восстанавливают подводное зрение и поле зрения естественного размера с некоторыми ограничениями.
Маски для дайвинга могут быть оснащены линзами для дайверов, которым требуется оптическая коррекция для улучшения зрения. Корректирующие линзы плоско отшлифованы с одной стороны и оптически приклеены к внутренней поверхности линзы маски. Это обеспечивает одинаковую коррекцию над и под поверхностью воды. Для этого приложения также доступны бифокальные линзы. Некоторые маски изготавливаются со съемными линзами, и доступен ряд стандартных корректирующих линз, которые можно установить. Пластиковые самоклеящиеся линзы, которые можно накладывать на внутреннюю часть маски, могут выпасть, если маска залита водой в течение значительного периода времени. Контактные линзы можно носить под маской или шлемом, но есть некоторый риск их потерять, если маска затопит.
Цветовое зрение
Вода ослабляет свет из-за поглощения, которое зависит от частоты. Другими словами, когда свет проходит через большее расстояние, вода избирательно поглощается водой. На поглощение цвета также влияет мутность воды и растворенного материала.
Вода преимущественно поглощает красный свет и в меньшей степени желтый, зеленый и фиолетовый свет, поэтому цвет, который меньше всего поглощает вода, — это синий свет. Твердые частицы и растворенные материалы могут поглощать разные частоты, и это повлияет на цвет на глубине, что приведет к появлению обычно зеленого цвета во многих прибрежных водах и темно-красно-коричневого цвета многих пресноводных рек и озер из-за растворенного органического вещества.
Флуоресцентные краски поглощают свет более высокой частоты, к которому человеческий глаз относительно нечувствителен, и излучают более низкие частоты, которые легче обнаружить. Излучаемый свет и отраженный свет объединяются и могут быть значительно более видимыми, чем исходный свет. Наиболее видимые частоты также наиболее быстро затухают в воде, поэтому эффект заключается в значительном увеличении цветового контраста на коротком диапазоне, пока более длинные волны не будут ослаблены водой.
| Цвет | Средняя длина волны | Приблизительная глубина полного поглощения |
|---|---|---|
| Ультрафиолетовый | 300 нм | 25 м |
| фиолетовый | 400 нм | 100 м |
| Синий | 475 нм | 275 кв.м. |
| Зеленый | 525 нм | 110 кв.м. |
| Желтый | 575 нм | 50 м |
| апельсин | 600 нм | 20 м |
| красный | 685 нм | 5 мес. |
| Инфракрасный | 800 нм | 3 мес. |
Лучшие цвета для видимости в воде показали Лурия и др. и цитируются из Адольфсона и Бергхаге ниже:
A. Для мутной, мутной воды с плохой видимостью (реки, гавани и т. Д.)
1. При естественном освещении: а. Флуоресцентный желтый, оранжевый и красный. б. Обычный желтый, оранжевый и белый. 2. С лампой накаливания: а. Флуоресцентный и обычный желтый, оранжевый, красный и белый. 3. С ртутным источником света: а. Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый. б. Обычный желтый и белый.
Б. Для умеренно мутной воды (проливы, заливы, прибрежная вода).
1. При естественном освещении или источнике света накаливания: а. Любая флуоресцентная в желтых, оранжевых и красных тонах. б. Обычный желтый, оранжевый и белый. 2. С ртутным источником света: а. Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый. б. Обычный желтый и белый.
C. Для чистой воды (южные воды, глубокие прибрежные воды и т. Д.).
1. Люминесцентные краски превосходят любой вид освещения. а. С большим расстоянием обзора, флуоресцентный зеленый и желто-зеленый. б. Флуоресцентный оранжевый цвет отлично подходит для небольших расстояний просмотра. 2. При естественном освещении: а. Флуоресцентные краски. б. Обычный желтый, оранжевый и белый. 3. С лампой накаливания: а. Флуоресцентные краски. б. Обычный желтый, оранжевый и белый. 4. С ртутным источником света: а. Флуоресцентные краски. б. Обычный желтый, белый.
Самые сложные цвета на пределе видимости с водным фоном — это темные цвета, такие как серый или черный.
Физиологические вариации
Очень близорукий человек может видеть под водой более или менее нормально. Аквалангисты, интересующиеся подводной фотографией, могут заметить пресбиопические изменения во время погружения, прежде чем они распознают симптомы в своей повседневной жизни из-за ближнего фокуса в условиях низкой освещенности.
Народ мокен из Юго-Восточной Азии может сосредотачиваться под водой, чтобы собирать крошечных моллюсков и другие продукты питания. Gislén et al. сравнили мокенов с неподготовленными европейскими детьми и обнаружили, что подводная острота зрения мокенов в два раза выше, чем у их неподготовленных европейских коллег. Европейские дети после 1 месяца тренировок также показали такой же уровень подводной остроты зрения. Это происходит из-за сужения зрачка , а не из-за обычного расширения ( мидриаза ), которое происходит, когда нормальный, нетренированный глаз, привыкший смотреть в воздухе, погружается в воду.
Видимость
Видимость — это мера расстояния, на котором можно различить объект или свет. Теоретическая видимость чистой воды как черного тела, основанная на значениях оптических свойств воды для света 550 нм, была оценена в 74 м.
Стандартным показателем видимости под водой является расстояние, на котором можно увидеть диск Секки . Дальность обзора под водой обычно ограничена помутнением . В очень чистой воде видимость может достигать 80 м, а рекордная глубина по Секки 79 м была зарегистрирована в прибрежной полынье Восточного моря Уэдделла в Антарктиде. В других морских водах иногда регистрировались глубины Секки в диапазоне от 50 до 70 м, включая рекорд 1985 г., когда он составлял 53 м в восточной части и до 62 м в тропической части Тихого океана. Такой уровень видимости редко встречается в поверхностных пресных водах. Озеро Кратер , штат Орегон , часто упоминается для ясности, но максимальная зарегистрированная глубина Секки с использованием 2-метрового диска составляет 44 метра. Сухие долины МакМердо Антарктиды и Сильфра в Исландии также были представлены как исключительно ясно.
Факторы, влияющие на видимость, включают: частицы в воде ( мутность ), градиенты солености ( галоклины ), градиенты температуры ( термоклины ) и растворенное органическое вещество.
Низкая видимость
Низкая видимость определяется NOAA для оперативных целей как: «Когда визуальный контакт с напарником больше не может поддерживаться».
DAN-Южная Африка предполагает, что ограниченная видимость — это когда «собеседника невозможно различить на расстоянии более 3 метров».
Источник
