A Snell-törvény leírja, hogyan hajlik meg a fény, amikor különböző sűrűségű közegek között halad át, például levegőből vízbe vagy üvegbe. Ez a hajlítás (törés) az oka annak, hogy a vízben lévő szívószál meghajlottnak tűnik, és ezért a lencsék a fényre fókuszálnak. A fénytörés megértése elengedhetetlen az optikához, az objektívek tervezéséhez és az olyan jelenségek megértéséhez, mint a délibábok és a szivárványok.
A képlet
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Ahol:
- n₁ = az első közeg törésmutatója
- θ₁ = beesési szög (a normáltól)
- n₂ = a második közeg törésmutatója
- θ₂ = törési szög (a normáltól)
A szögeket mindig a felületre merőlegestől mérjük, nem magától a felülettől.
Közös törésmutatók
| Közepes | Törésmutató |
|---|---|
| Vákuum | 1.0 |
| Levegő | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Víz | 1.33 |
| Üveg | 1,5 – 1,9 |
| Gyémánt | 2.42 |
A magasabb törésmutató azt jelenti, hogy a fény lassabban halad ebben a közegben.
Működött példa
A fény a levegőből (n=1,0) a vízbe (n=1,33) 45°-os beesési szögben halad.
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°
A fény a normál felé hajlik, ha sűrűbb közegbe kerül. A megtört sugár közelebb van a normálhoz (32,1°), mint a beeső sugár (45°).
Kritikus szög és teljes belső reflexió
Amikor a fény sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe (például üvegből levegőbe) jut, van egy kritikus szög, amelyen túl a fény nem törik meg, hanem teljesen visszaverődik. Ez a teljes belső reflexió:
sin(θc) = n₂ / n₁
Üveghez (n=1,5) levegőhöz (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
A 41,8°-nál nagyobb beesési szögek teljes belső visszaverődést okoznak. Ez az elv lehetővé teszi, hogy a száloptika megfogja a fényt.
Alkalmazások
Lencsék: A lencse alakja és a törésmutató együtt működik a fény fókuszálásában vagy szétválasztásában. Az erősebb fénytörés (nagyobb n) azt jelenti, hogy a vékonyabb lencsék ugyanazt a gyújtótávolságot érhetik el.
Prizmák: A különböző hullámhosszakon történő fénytörés (diszperzió) a fehér fényt spektrumra választja szét.
Száloptika: A teljes belső visszaverődés fényjeleket tartalmaz az optikai kábeleken belül.
Tippek
A szögeket mindig a normáltól mérje, ne a felülettől. Amikor a fény sűrűbb közegbe kerül, a normál felé hajlik. Sűrűbb közegből kilépve elhajlik a normáltól. Ez az aszimmetria az oka annak, hogy az úszómedencék sekélyebbnek tűnnek, mint amilyenek.
Használja [Snell-törvény-kalkulátorunkat] (/en/praktikus/fizika/snells-law-refraction) a törési szögek azonnali meghatározásához.