Heeft u ooit op de bodem van een zwembad gezeten en nagedacht over uw waterplafond? Het grootste deel van het oppervlak is lichtblauw, waardoor je niet kunt kijken, hoewel het water helder is. Maar vlak boven je is er een rond venster van transparantie.
En het mooie is: via deze ring krijg je een fisheye-weergave die je niet alleen de lucht laat zien, maar ook dingen rond de rand van het zwembad, zoals bomen of mensen die mai tais nippen op het zwembaddek. Dit koele effect wordt veroorzaakt door de optische eigenschappen van water en heeft een naam: het raam van Snell.
Je kunt dit zelfs zien als je niet veel tijd onder water doorbrengt. Misschien kijk je, net als ik, liever naar speervisvideo’s op YouTube. Hier is een prachtig voorbeeld van Snell’s venster van het YBS Youngbloods-kanaal (de link brengt je rechtstreeks naar het interessesegment van 15 seconden).
Er is iets interessants om op te merken: terwijl de duiker (Brodie) en de cameraman afdalen, lijkt het venster even groot te blijven. Dus wat, vraag je? Denk er eens over na: als u een foto zou maken van een raam in uw huis terwijl u zich ervan verwijdert, lijkt het kleiner te worden.
Sterker nog, het Snell-venster wordt steeds beter groter– zie je hoe de duiker aan de oppervlakte steeds minder vult? Maar in tegenstelling tot ramen of iets anders op het droge is dat wel het geval hoekig de grootte, zoals waargenomen door uw oog, blijft hetzelfde naarmate de afstand groter wordt.
Mysteries van de diepte! Er zit een prachtige natuurkunde achter dit alles, dus laten we het eens onderzoeken, oké?
Breking en de wet van Snell
Omdat licht een elektromagnetische golf is, heeft het geen medium nodig om te ‘golven’ (in tegenstelling tot geluid). Dat betekent dat het door lege ruimte kan reizen, net als zonlicht, gelukkig voor ons. Omdat licht zich voortplant met een snelheid van 3 x 108 meter per seconde duurt deze reis van de zon naar de aarde ongeveer acht minuten.
Maar er gebeurt iets als licht een transparant medium zoals onze atmosfeer binnendringt: het vertraagt. Lucht vertraagt het met slechts 0,029 procent, maar wanneer licht het water binnendringt, verliest het ongeveer 25 procent van zijn snelheid. Het is hetzelfde als hoe je langzamer gaat lopen als je van het strand de oceaan in rent, omdat water een grotere dichtheid heeft dan lucht.
Dit snelheidsverschil varieert voor verschillende media en wordt beschreven door de brekingsindex (N), wat de verhouding is van de lichtsnelheid in een vacuüm tot de snelheid in een bepaald materiaal. Hoe hoger de brekingsindex, hoe langzamer het licht zich in dat medium voortplant. in de lucht, N = 1,00027. op water, N = 1,333. in glas, N = 1,5
Maar het punt is: veranderende snelheid veroorzaakt ook richting licht te veranderen. Dit is eigenlijk wat we bedoelen met “breking”. Je ziet het als je naar een rietje in een glas water kijkt: het deel van het rietje onder water komt niet overeen met het deel erboven. Waarom? Door het licht van het onderwatergedeelte te buigen, zie je het ergens waar het niet is.