スネルの法則は、空気から水やガラスなど、密度の異なる媒体間を通過するときに光がどのように曲がるかを説明します。この曲がり（屈折）が、水の中のストローが曲がって見える理由、またレンズが光を集束させる理由です。屈折を理解することは、光学、レンズ設計、そして蜃気楼や虹などの現象を理解するために不可欠です。
数式
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
どこ：
- n₁ = 第一媒質の屈折率
- θ₁ = 入射角 (法線からの)
- n₂ = 第 2 媒質の屈折率
- θ₂ = 屈折角 (法線からの)
角度は、サーフェス自体ではなく、常にサーフェスの法線 (垂直) から測定されます。
一般的な屈折率
| 中くらい | 屈折率 |
|---|---|
| 真空 | 1.0 |
| 空気 | 1.0003 ≈ 1.0 |
| 水 | 1.33 |
| ガラス | 1.5～1.9 |
| ダイヤモンド | 2.42 |
屈折率が高いということは、その媒体中を光が遅く進むことを意味します。
実際に動作した例
光は空気 (n=1.0) から水 (n=1.33) へ 45° の入射角で進みます。
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°
より密度の高い媒体に入ると、光は法線方向に曲がります。屈折した光線は、入射光線 (45°) よりも法線 (32.1°) に近くなります。
臨界角と全内部反射
光が密度の高い媒体から密度の低い媒体（ガラスから空気など）に伝わるとき、それを超えると光が屈折せずに完全に反射して戻ってくる臨界角が存在します。これは全内部反射です。
sin(θc) = n₂ / n₁
ガラス (n=1.5) から空気 (n=1.0) の場合:
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
入射角が 41.8° を超えると、全反射が発生します。この原理により、光ファイバーは光を閉じ込めることができます。
アプリケーション
レンズ: レンズの形状と屈折率が連携して光を集束または発散させます。屈折が強い（n が高い）ということは、より薄いレンズでも同じ焦点距離を達成できることを意味します。
プリズム: 異なる波長での屈折 (分散) により、白色光がスペクトルに分離されます。
光ファイバー: 全内部反射には、光ファイバー ケーブル内の光信号が含まれます。
ヒント
表面ではなく、常に法線からの角度を測定します。光が密度の高い媒体に入ると、法線方向に曲がります。より密度の高い媒体から出るとき、通常の媒体から離れる方向に曲がります。この非対称性が、スイミングプールが実際よりも浅く見える理由です。
スネルの法則の屈折計算ツール を使用すると、屈折角を即座に見つけることができます。