Zanim wykonamy rysunek musimy rozważyć dalszy bieg promieni po przejściu przez soczewkę. 

Jeśli soczewka nie znajduje się w powietrzu, lecz w ośrodku o współczynniku załamania $n_0$ , współczynnik załamania $n$  w równaniu soczewki należy zastąpić względnym współczynnikiem załamania:

$n_{\text{wzgl.}}=\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{otoczenia}}}$   

Otrzymujemy wówczas, że:

$\frac{1}{f}=\left(\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{otoczenia}}}-1\right)\cdot \left(\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}\right)$   

gdzie $f$  jest ogniskową soczewki, $n_{\text{soczewki}}$  jest współczynnikiem załamania materiału, z którego wykonana jest soczewka, $n_{\text{otoczenia}}$  jest współczynnikiem załamania ośrodka w jakim znajduje się soczewka, $r_1$  i $r_2$  są promieniami krzywizny soczewki.

W naszym przypadku połowa soczewki znajduje się w wodzie, która ma współczynnik załamania większy od 1, ale mniejszy od współczynnika załamania szkła. Oznacza to, że dla tej części soczewki zanurzonej w wodzie:

$\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{otoczenia}}}>1\mid -1$  

$\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{otoczenia}}}-1>0$  

Wiemy, że r₁ i r₂ są większe od zera, czyli:

$\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{otoczenia}}}-1>0\text{ oraz }\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}>0\text{ to }\frac{1}{f}>0$  

Z tego wynika, że w wodzie soczewka będzie soczewką skupiającą.

Zastanówmy się teraz, jaka jest różnica pomiędzy soczewką w wodzie, a powietrzu.

Zauważmy, że współczynnik załamania wody jest większy od współczynnika załamania powietrza oraz współczynnik załamania soczewki jest stały. Z tego wynika, że:

$n_{\text{powietrza}}<n_{\text{wody}}$  

Wówczas:

$\frac{1}{n_{\text{powietrza}}}>\frac{1}{n_{\text{wody}}}$  

$\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{powietrza}}}>\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{wody}}}$  

$\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{powietrza}}}-1>\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{wody}}}-1$  

$\left(\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{powietrza}}}-1\right)\cdot \left(\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}\right)>\left(\frac{n_{\text{soczewki}}}{n_{\text{wody}}}-1\right)\cdot \left(\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}\right)$  

$\frac{1}{f_{\text{powietrza}}}>\frac{1}{f_{\text{wody}}}$

Z tego wynika, że:

$f_{\text{powietrza}}<f_{\text{wody}}$  

Oznacza to, że ogniskowa soczewki zanurzonej w wodzie jest większa od ogniskowej soczewki w powietrzu.

Pamiętamy, że światło załamuje się na granicy dwóch ośrodków oraz, że przechodzą z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka rzadszego optycznie może ulec zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia.

Z treści zadania wynika, że promienie padają na soczewkę blisko jej osi. Z tego wynika, że promienie biegnące w wodzie po przejściu przez soczewkę będą poruszały się blisko granicy ośrodków w stronę ogniskowej soczewki. Wiemy również, że przy przejściu światła z wody do powietrza kąt graniczny wynosi około 49°. Wówczas kąty padania będą większe od kątów granicznych i mamy do czynienia ze zjawiskiem całkowitego wewnętrznego odbicia.

Wówczas otrzymujemy, że: