Snells lov beskriver, hvordan lys bøjes, når det passerer mellem medier med forskellige tætheder, såsom fra luft til vand eller glas. Denne bøjning (brydning) er grunden til, at et strå i vand virker bøjet, og hvorfor linser fokuserer lyset. Forståelse af brydning er afgørende for optik, linsedesign og forståelse af fænomener som luftspejlinger og regnbuer.
Formlen
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Hvor:
- n1 = brydningsindeks for første medium
- θ₁ = indfaldsvinkel (fra normalen)
- n2 = brydningsindeks for andet medium
- θ₂ = brydningsvinkel (fra normalen)
Vinkler måles altid fra normalen (vinkelret) på overfladen, ikke fra selve overfladen.
Almindelige brydningsindekser
| Medium | Brydningsindeks |
|---|---|
| Vakuum | 1.0 |
| Luft | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Vand | 1.33 |
| Glas | 1,5 – 1,9 |
| Diamant | 2.42 |
Højere brydningsindeks betyder, at lys bevæger sig langsommere i det medium.
Bearbejdet eksempel
Lys bevæger sig fra luft (n=1,0) til vand (n=1,33) i en indfaldsvinkel på 45°.
1.0 × sin(45°) = 1.33 × sin(θ₂)
sin(θ₂) = sin(45°) / 1.33 = 0.707 / 1.33 = 0.531
θ₂ = arcsin(0.531) = 32.1°
Lys bøjer mod det normale, når det kommer ind i et tættere medium. Den brydte stråle er tættere på normalen (32,1°) end den indfaldende stråle (45°).
Kritisk vinkel og total intern refleksion
Når lys bevæger sig fra et tættere til et mindre tæt medium (f.eks. glas til luft), er der en kritisk vinkel, ud over hvilken lyset ikke brydes ud, men i stedet reflekteres helt tilbage. Dette er total intern refleksion:
sin(θc) = n₂ / n₁
For glas (n=1,5) til luft (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Indfaldsvinkler større end 41,8° forårsager total intern refleksion. Dette princip gør det muligt for fiberoptik at fange lys.
Applikationer
Linser: Linseform og brydningsindeks arbejder sammen for at fokusere eller afvige lyset. Stærkere brydning (højere n) betyder, at tyndere linser kan opnå samme brændvidde.
Prismer: Brydning ved forskellige bølgelængder (dispersion) adskiller hvidt lys i et spektrum.
Fiberoptik: Total intern refleksion indeholder lyssignaler i optiske fiberkabler.
Tips
Mål altid vinkler fra normalen, ikke overfladen. Når lyset kommer ind i et tættere medium, bøjer det sig mod det normale. Når man forlader et tættere medium, bøjer det væk fra det normale. Denne asymmetri er grunden til, at svømmebassiner ser lavvandede ud, end de er.
Brug vores Snell's Law Refraction Calculator til at finde brydningsvinkler med det samme.