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Grenzflächen Brechung Totalreflexion Streuung

Grenzflächen

Sehen - Grenzflächen Haben zwei benachbarte Medien unterschiedliche optische Dichten, so kommt es beim Übertritt von Licht aus einem Medium in das andere zur Brechung des Lichts. Das menschliche Auge ist für die Grenzfläche Hornhaut-Luft konstruiert und ist bei diesen Umgebungsbedingungen in der Lage, scharfe Bilder der Umgebung auf der Netzhaut abzubilden.

Aufgrund der anderen optischen Dichte von Wasser kann das Auge unter Wasser nicht scharf sehen. Erst mit Hilfe einer Tauchmaske kann das menschliche Auge wieder mit der gewohnten Grenzfläche Hornhaut-Luft durch eine plane Glasscheibe in die Unterwasserwelt blicken, wie in ein Aquarium.

Am Aquarium-Beispiel können sehr gut die noch verbleibenen optischen Effekte an der Grenzfläche Wasser-Glas-Luft studiert werden, wie sie auch bei der Tauchmaske auftreten.

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Totalreflexion

Treten Lichtstrahlen, ausgehend von der Senkrechten, mit einen größeren Winkel als ca. 48° auf die Grenzfläche Luft-Wasser auf, so treten sie nicht in das andere Medium über, sondern werden zurückgeworfen (= Totalreflexion).

Das maximale Gesichtsfeld durch eine Tauchmaske beträgt daher 2x 48° = 96°, unabhängig von Größe und Abstand der Maskengläser. Zum Vergleich beträgt das horizontale Gesichtsfeld eines Menschen über Wasser normalerweise über 130°.

Die Totalreflexion erklärt, weshalb man seinen Tauchpartner nicht beim seitlichen Blick durch die Maske in die Augen sehen kann und schräg gehaltene Unterwasserinstrumente nicht ablesen kann.

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Brechung 

Durch die unterschiedliche Lichtbrechung im Wasser (Brechungsindex 1,33) und in der Luft (Brechungsindex 1,0) erscheinen alle Gegenstände im Wasser um 1/3 vergrößert oder bei räumlichem Sehen um 1/4 näher.

Da alles, was man im Wasser sieht um 1/3 größer auf der Netzhaut des Auges abgebildet wird (1,33 / 1), ist das Gesichtsfeld einer Tauchermaske im Wasser um ¼ kleiner als über Wasser (1 / 1,33). 

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Streuung 

Neben den oben genannten Aquariumeffekten erschweren Schwebeteilchen im Wasser die optische Orientierung noch zusätzlich. Zum Teil werden Lichtwellen von den Schwebeteilchen absorbiert, was zu einer raschen Helligkeitsabnahme mit zunehmender Wassertiefe führt.

Ein Teil der Lichtwellen wird aber auch von den Schwebeteilchen reflektiert. Dies führt zu einem ungerichteten, diffusen Streulicht unter Wasser, bewirkt eine Abnahme des Kontrastes Licht/Schatten und erschwert so zusätzlich die Ortientierung.  

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