Por que não enxergamos bem debaixo d’água?

Se você já tentou procurar por algo embaixo d’água, possivelmente já se deparou com a grande dificuldade que temos para enxergar nessa situação. Algumas estruturas presentes no olho humano apresentam características que dificultam a visão em certos meios ópticos.

Refração da luz

No vácuo, a luz propaga-se com sua velocidade limite (aproximadamente 3.10⁸ m/s). Ao entrar na água, porém, sua velocidade diminui cerca de 25%. Isso acontece por causa de um fenômeno chamado refração: quanto mais refringente for um meio óptico, menor será a velocidade da luz em seu interior. A diminuição da velocidade da luz é medida por meio da razão (divisão) do módulo da velocidade da luz no vácuo e da velocidade da luz em determinado meio. Essa razão recebe o nome de índice de refração e indica quantas vezes mais rápida é a propagação da luz no vácuo em relação ao meio observado. A água, por exemplo, tem índice de refração igual a 1,33; nesse caso, a velocidade da luz no vácuo é 1,33 vezes maior no vácuo que na água.

Além da mudança de velocidade, quando a luz muda de meio óptico com diferentes índices de refração, ela pode sofrer uma mudança na sua direção de propagação, dando origem à ilusão de profundidade que temos ao olhar para o fundo das piscinas, que parecem mais rasas do que realmente são. Quando a luz deixa o ar atmosférico e incide sobre a água, que tem maior índice de refração, por exemplo, sua direção é levemente alterada e aproxima-se de uma linha vertical chamada de linha normal.

Isso acontece com a luz que incide sobre os nossos olhos: a primeira estrutura encontrada por ela é a córnea, uma fina camada protetora e transparente, preenchida com um líquido chamado humor aquoso, cujo índice de refração é similar ao da água, refratando a luz e focalizando-a sobre o cristalino: uma espécie de lente delgada e biconvexa responsável por projetar toda a luz em um pequeno ponto no fundo da retina, o nervo óptico.

O cenário muda quando estamos imersos no meio aquoso. Como o índice de refração da água é similar ao da córnea, a primeira refração sofrida pela luz é menos acentuada. Os raios de luz não são totalmente convergidos sobre o cristalino e, como consequência, não se cruzam sobre o nervo óptico, mas sim em um ponto mais distante. Observe a figura que compara a refração da luz quando estamos no ar e na água, respectivamente:

Refração da luz na água (fundo azul) e no ar (fundo branco)

Dessa forma, quando estamos submersos, nossa visão torna-se hipermétrope, dificultando a visão de objetos próximos, já que os raios de luz cruzam-se atrás da retina.

Uma das soluções mais simples de serem implementadas para enxergarmos mais facilmente embaixo d’água é por meio da introdução de uma camada de ar entre a córnea e a água com uma máscara de mergulho.

Fato curioso

As pessoas míopes conseguem enxergar melhor embaixo d’água que as demais porque o olho míope é alongado na direção horizontal, tornando o ponto de cruzamento dos raios de luz mais próximo do nervo óptico.