Чтобы яснее видеть под водой, пловец надевает двояковыпуклые очки из сильно преломляющего стекла (показатель преломления равен 1,96). Почему не нужны такие очки пловцу, на лицо которого надета маска с плоским стеклом?

Для понимания физической теории, связанной с поставленным вопросом, необходимо рассмотреть несколько ключевых аспектов, которые касаются оптики, преломления света и работы линз.

1. Преломление света
   Когда свет проходит из одной среды в другую, его скорость изменяется, что приводит к изменению направления его распространения. Это явление называется преломлением света. Степень преломления зависит от показателей преломления двух сред.
   Показатель преломления $ n $ среды определяется как отношение скорости света в вакууме $ c $ к скорости света в данной среде $ v $:
   $$ n = \frac{c}{v} $$

2. Преломление на границе сред
   Закон Снеллиуса описывает, как луч света изменяет направление на границе двух сред:
   $$ n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 $$
   где $ n_1 $ и $ n_2 $ — показатели преломления первой и второй среды, $ \theta_1 $ и $ \theta_2 $ — углы падения и преломления соответственно.

Когда пловец находится под водой, его глаз видит свет, преломленный на границе двух сред — воды ($ n \approx 1.33 $) и стекла линзы или маски.

1. Почему изображение под водой размыто
   Глаз человека адаптирован для работы в воздушной среде ($ n \approx 1.00 $). Когда свет проходит из воды ($ n \approx 1.33 $) прямо в глаз, его преломление сильно отличается от привычного для глаза в воздухе. Из−за этого пловец видит изображение размытым, так как система глазного хрусталика не может правильно сфокусировать световые лучи.

2. Роль двояковыпуклых очков
   Если пловец надевает двояковыпуклые очки из стекла с высоким показателем преломления ($ n = 1.96 $), очки становятся преломляющим элементом, который корректирует направление световых лучей. Линза очков фокусирует эти лучи на сетчатке глаза таким образом, чтобы изображение было четким. Из−за высокой оптической силы двояковыпуклых линз, они компенсируют преломление света на границе "вода−глаз".

3. Почему маска делает такие очки ненужными
   Маска с плоским стеклом создаёт воздушное пространство между глазом пловца и водой. Когда свет проходит из воды в воздух внутри маски, его преломление становится привычным для глаза, так как переход происходит через границу "вода−воздух", а затем "воздух−глаз". Это позволяет глазу нормально фокусировать изображение.
   Иными словами, маска устраняет проблему преломления, типичную для среды "вода−глаз", возвращая условия, близкие к работе глаз в воздухе. Поэтому для пловца, использующего маску, не требуется дополнительная коррекция зрения через двояковыпуклые линзы.

4. Показатель преломления стекла в очках
   Очки из стекла с показателем преломления $ n = 1.96 $ создают сильное преломление, компенсируя разницу показателей преломления воды и глаза. Однако в случае маски с плоским стеклом такое сильное преломление не нужно, так как свет уже проходит через воздушное пространство, где глаз способен нормально фокусировать лучи.

Таким образом, теоретическое обоснование объясняет, что маска с плоским стеклом уже решает проблему преломления, создавая нормальные условия для зрения под водой, в отличие от ситуации, когда используется только двояковыпуклая линза.