Fisika untuk Hiburan 78 (Cahaya): Mata Bawah Air

Asumsikan, untuk sementara, bahwa Anda bisa bertahan di bawah air selama yang Anda suka dan bisa membuka mata Anda di sana.

Apakah Anda bisa melihat sesuatu? Anda mungkin berpikir bahwa karena air transparan, tidak ada yang akan mencegah Anda untuk melihat seperti yang Anda lakukan di udara.

Namun, Anda masih ingat bahwa manusia tidak kasat mata itu buta?, lihat artikel saya: Fisika untuk Hiburan 48 (Cahaya): Manusia Tidak Kasat Mata Itu, Buta.

Dia tidak bisa melihat karena indeks bias matanya sama dengan indeks bias udara. Di bawah air kita menemukan diri kita dalam kondisi yang kira-kira sama dengan manusia tidak kasat mata itu di udara.

Beberapa perbandingan untuk memperjelas. Indeks bias air adalah 1,34. Indeks bias media transparan mata manusia adalah 1,34 untuk badan bening (vitreous humor) dan kornea, 1,43 untuk lensa kristal, dan 1,34 untuk beranda depan (aqueous humor).

Seperti yang Anda lihat, pembiasan lensa kristal mata hanya 1/10 lebih besar dari air, sedangkan elemen mata lainnya memiliki indeks bias yang identik dengan air.

Itulah sebabnya di bawah air sinar-sinar terfokus jauh di belakang retina, sehingga retina menjadi sangat kabur. Hanya orang dengan rabun ayam (short-sighted) parah yang bisa  melihat kurang lebih secara normal di bawah air.

Mata ikan. Sumber: buku Physics for Entertainment, Book 2, hlm. 197.

Penampang melintang mata ikan. Lensa kristal berbentuk bulat dan tidak berubah bentuk selama akomodasi. Sebaliknya, posisinya berubah, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus.

Jika Anda ingin mendapatkan gambaran yang jelas tentang bagaimana sesuatu akan tampak di bawah air, kenakanlah kacamata bikonkaf. Lensa-lensanya yang menyebarkan cahaya dengan kuat itu akan memfokuskan semua sinar yang dibiaskan mata jauh di luar retina.

Tapi tidak bisakah seseorang di bawah air menggunakan kacamata dengan indeks bias yang besar? Lensa biasa tidak akan banyak membantu, karena indeks bias kaca biasa adalah 1,5, hanya sedikit lebih besar dari air (1,34) dan di bawah air keterbiasannya akan mengecil.

Seseorang harus memiliki kacamata khusus dengan indeks bias yang sangat besar (disebut kacamata batu api berat (heavy flint glass) yang memiliki indeks bias hampir 2).

Dengan kacamata seperti itu, Anda akan bisa melihat kurang lebih dengan jelas di bawah air.

Sekarang Anda akan menyadari mengapa lensa kristal mata ikan sangat cekung, pada kenyataannya, bulat, indeks biasnya adalah yang terbesar untuk mata hewan. Jika tidak demikian, mata ikan itu sama sekali tidak ada gunanya sebagai penghuni lingkungan transparan dengan keterbiasan yang sangat tinggi.

Bagaimana Penyelam Melihat?
Mungkin banyak orang yang akan bertanya: Bagaimana penyelam dengan pakaian selam mereka bisa melihat apa pun di bawah air, padahal mata mereka hampir tidak bisa membiaskan di dalam air sama sekali?

Lagi pula, helm selam selalu dilengkapi dengan kacamata datar dan bukan cembung. Lalu bagaimana mungkin para pelancong di Nautilus Jules Verne mengagumi pemandangan bawah laut melalui lubang intip?

Ini cukup mudah untuk dijawab. Anda harus menyadari bahwa ketika kita menyelam tanpa pakaian selam dan helm, air langsung bersentuhan dengan mata kita. 

Namun, dalam helm selam (atau di dalam Nautilus), mata dipisahkan dari air oleh lapisan udara (dan kaca), yang pada dasarnya mengubah keterbiasan mata. Muncul dari air dan melewati kaca, cahaya terlebih dahulu melewati udara sebelum mencapai mata.

Sesuai dengan hukum optika, sinar-sinar cahaya dari air yang mengenai kacamata datar sejajar dengan sebuah suatu sudut dan tidak mengubah arahnya saat melewati kacamata, tetapi  begitu lewat dari udara ke mata, sinar-sinar itu secara alami dibiaskan, dengan mata yang melakukan fungsi yang sama seperti biasanya.

Sebuah ilustrasi yang bagus adalah bahwa kita tidak mengalami kesulitan sama sekali dalam melihat ikan dalam mangkuk ikan.

Catatan:
Kacamata selam atau masker selam adalah peralatan menyelam yang memungkinkan penyelam bawah air, termasuk penyelam scuba, penyelam bebas, dan perenang snorkel, untuk melihat dengan jelas di bawah air.

Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 2, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi.
3. Berbagai sumber daring.

Jonggol, 13 Agustus 2021

Johan Japardi