Simulator für Farbwahrnehmung

Tiefe:
Rotanteil:
Grünanteil:
Blauanteil:
Bewegen Sie den Fisch und sehen Sie, wie sich die Farbe in Abhängigkeit der Tiefe ändert.

Optik

Als Sporttaucher sollte die Jagd nacht Fischen zwar keineswegs unser Ziel sein, dennoch können mit einem solchen Beipiel, die optischen Einflussfaktoren beim Tauchen besser erklärt werden. Man stelle sich einen Fisch vor, den wir mit einer Harpune jagen wollen. Wir richten die Harpune auf den Fisch aus, betätigen den Abzug und wundern uns wieso wir nicht getroffen haben und sich der Fisch an einer scheinbar anderen Stelle befunden hat. Wir erleben genau die gleiche Situation, wenn wir einen Strohhalm in ein Glas Wasser eintauchen. Oberhalb der Wasseroberfläche ist der Strohhalm völlig gerade, doch nach dem Eintauchen in das Wasserglas wirkt es, als hätte er einen Knick. Doch woran liegt das? Beeinflusst das Wasser unsere Wahrnehmung von Objekten? Ja!

Wasser besitzt eine andere optische Dichte als Luft. Genauer gesagt unterscheidet sich der Brechungsindex von Wasser und Luft so sehr, dass sicher der Winkel der Lichtstrahlen beim Überang der beiden Medien von Luft zu Wasser verändert. Dieser auch als Refraktion bezeichnete Vorgang ist Abhängig von der Geschwindigkeit des Lichts in den beiden Medien. Licht als elektromagnetische Strahlung breitet sich an der Luft schneller aus als im Wasser. Der eben genannte Brechungsindex \(n\) berechnet sich aus dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium (z.B. Wasser). \begin{align} n = \frac{c_{Vakuum}}{c_{Wasser}} = \frac{299792458\frac{m}{s}}{225407863\frac{m}{s}} = 1,33 \end{align} Die Lichtgeschwindigkeit in der Luft ist annäherungsweise genau so groß wie die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Wir können den Brechungsindex also als \(n = 1\) annehmen. Über das Brechungsgesetzt können wir nun die Veränderung der einfallenden Lichtstrahlen berechnen. Es lautet wie folgt: \begin{align} n_1*sin(\alpha_1)=n_2*sin(\alpha_2) \end{align} Die beiden Winkel \(\alpha_1\) und \(\alpha_2\) stellen jeweils den Einfalls- und Ausfallswinkel des Lichts dar. Der Winkel verhält sich also proportional zum Brechungsindizes und somit führt eine größere Differenz der Brechungsindizes zwangsläufig zu einer größeren Ablenkung der Lichtstrahlen. Das Verhältnis der Brechungsindizes zwischen Licht und Wasser beträgt nur 33% und führt beim Menschen zu einer veränderten Wahrnehmung unter Wasser. Alle Gegenstände erscheinen uns deshalb unter Wasser 33% größer, als sie eigentlich sind. Ist doch ganz einfach, oder?

Nicht nur die Wahrnehmung der Größe eines Objektes verändert sich unter Wasser, sondern auch unsere Wahrnehmung der Farben. Innerhalb der ersten zehn Meter Wassertiefe können wir z.B. mit zunehmender Tiefe die Farbe rot immer schlechter erkennen, sofern wir nicht gerade eine Lampe dabei haben. Die Ursache darin findet sich in den Eigenschaft des Lichtes. Die von der Sonne emittierten Lichtstrahlen nehmen wir zunächst einmal als weiß wahr. In Wirkleichkeit sind es aber zahlreiche Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben, die sich zu einem weißen Licht überlagern. Die Farbe des Lichtstrahls ist hierbei abhängig von der jeweiligen Wellenlänge der Lichtstrahlung. Das menschliche Auge kann Licht in einem Wellenlängenbereich von 350nm (blau) bis 750nm(rot) wahrnehmen. Je kleiner diese Wellenlänge ist, desto größer ist die Energie des Lichtes und desto weiter kann der Lichtstrahl in das Wasser eindringen.

\begin{align*} E &= h*f,\text{ mit} f=\frac{c}{\lambda}\\ h&: Plancksches Wirkungsquantum\\ f&: Frequenz\\ c&: Lichtgeschwindigkeit\\ \lambda&:Wellenlänge\\ \end{align*} Die Farbe rot mit einer Wellenlänge von 750nm weist somit die geringste Energie auf und wird als erste vom Wasser absorbiert.

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