स्नेलचा नियम हवा पासून पाण्यात किंवा काचेच्या सारख्या विविध घनतेच्या माध्यमांमधून जाताना प्रकाश कसा वाकतो याचे वर्णन करतो. हे वाकणे (अपवर्तन) पाण्यातील पेंढा वाकलेला का दिसतो आणि लेन्स प्रकाशाकडे का केंद्रित करतात. ऑप्टिक्स, लेन्स डिझाइन आणि मृगजळ आणि इंद्रधनुष्य यांसारख्या घटना समजून घेण्यासाठी अपवर्तन समजून घेणे आवश्यक आहे.
सूत्र
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
कुठे:
- n₁ = पहिल्या माध्यमाचा अपवर्तक निर्देशांक
- θ₁ = घटनांचा कोन (सामान्य पासून)
- n₂ = दुसऱ्या माध्यमाचा अपवर्तक निर्देशांक
- θ₂ = अपवर्तन कोन (सामान्य पासून)
कोन नेहमी सामान्य (लंब) पासून पृष्ठभागावर मोजले जातात, पृष्ठभागावरूनच नाही.
सामान्य अपवर्तक निर्देशांक
| मध्यम | अपवर्तक निर्देशांक |
|---|---|
| व्हॅक्यूम | 1.0 |
| हवा | 1.0003 ≈ 1.0 |
| पाणी | 1.33 |
| काच | १.५ - १.९ |
| हिरा | 2.42 |
उच्च अपवर्तक निर्देशांक म्हणजे प्रकाश त्या माध्यमात हळू प्रवास करतो.
कार्य केलेले उदाहरण
प्रकाश हवेतून (n=1.0) पाण्यात (n=1.33) 45° च्या घटना कोनात प्रवास करतो.
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°
घनदाट माध्यमात प्रवेश करताना प्रकाश सामान्य दिशेने वाकतो. अपवर्तित किरण घटना किरण (45°) पेक्षा सामान्य (32.1°) जवळ आहे.
गंभीर कोन आणि एकूण अंतर्गत प्रतिबिंब
जेव्हा प्रकाश घनतेपासून कमी दाट माध्यमाकडे जातो (उदा. काचेपासून हवेपर्यंत), तेव्हा एक गंभीर कोन असतो ज्याच्या पलीकडे प्रकाश अपवर्तित होत नाही परंतु त्याऐवजी पूर्णपणे परावर्तित होतो. हे संपूर्ण अंतर्गत प्रतिबिंब आहे:
sin(θc) = n₂ / n₁
ग्लास (n=1.5) ते हवेसाठी (n=1.0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
41.8° पेक्षा जास्त घटना कोन एकूण अंतर्गत परावर्तन घडवून आणतात. हे तत्त्व फायबर ऑप्टिक्सला प्रकाश पकडण्यास सक्षम करते.
अर्ज
लेन्स: लेन्सचा आकार आणि अपवर्तक निर्देशांक प्रकाश फोकस करण्यासाठी किंवा वळवण्यासाठी एकत्र काम करतात. मजबूत अपवर्तन (उच्च एन) म्हणजे पातळ लेन्स समान फोकल लांबी प्राप्त करू शकतात.
प्रिझम्स: वेगवेगळ्या तरंगलांबीवरील अपवर्तन (विसर्जन) पांढऱ्या प्रकाशाला स्पेक्ट्रममध्ये वेगळे करते.
फायबर ऑप्टिक्स: एकूण अंतर्गत परावर्तनामध्ये ऑप्टिकल फायबर केबल्समध्ये प्रकाश सिग्नल असतात.
टिप्स
नेहमी सामान्य वरून कोन मोजा, पृष्ठभागावर नाही. जेव्हा प्रकाश घनतेच्या माध्यमात प्रवेश करतो तेव्हा तो सामान्य दिशेने वाकतो. घनतेच्या माध्यमातून बाहेर पडताना, ते सामान्यपासून दूर वाकते. या विषमतेमुळेच जलतरण तलाव त्यांच्यापेक्षा उथळ दिसतात.
अपवर्तन कोन त्वरित शोधण्यासाठी आमचे Snell's Law Refraction Calculator वापरा.