De wet van Snell beschrijft hoe licht buigt wanneer het tussen media met verschillende dichtheden gaat, zoals van lucht naar water of glas. Deze buiging (breking) is de reden waarom een rietje in water gebogen lijkt en waarom lenzen het licht focusseren. Het begrijpen van refractie is essentieel voor de optica, het lensontwerp en het begrijpen van verschijnselen als luchtspiegelingen en regenbogen.
De formule
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Waar:
- n₁ = brekingsindex van het eerste medium
- θ₁ = invalshoek (ten opzichte van de normaal)
- n₂ = brekingsindex van het tweede medium
- θ₂ = brekingshoek (ten opzichte van de normaal)
Hoeken worden altijd gemeten vanaf de normaal (loodrecht) op het oppervlak, niet vanaf het oppervlak zelf.
Gemeenschappelijke brekingsindices
| Medium | Brekingsindex |
|---|---|
| Vacuüm | 1.0 |
| Lucht | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Water | 1.33 |
| Glas | 1,5 – 1,9 |
| Diamant | 2.42 |
Een hogere brekingsindex betekent dat licht zich in dat medium langzamer voortbeweegt.
Uitgewerkt voorbeeld
Licht reist van lucht (n=1,0) naar water (n=1,33) onder een invalshoek van 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°
Licht buigt naar normaal wanneer het een dichter medium binnengaat. De gebroken straal ligt dichter bij de normaal (32,1°) dan de invallende straal (45°).
Kritische hoek en totale interne reflectie
Wanneer licht van een dichter naar een minder dicht medium reist (bijvoorbeeld glas naar lucht), is er een kritische hoek waarboven het licht niet wordt gebroken, maar in plaats daarvan volledig wordt teruggekaatst. Dit is totale interne reflectie:
sin(θc) = n₂ / n₁
Voor glas (n=1,5) naar lucht (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Invalshoeken groter dan 41,8° veroorzaken totale interne reflectie. Dit principe maakt het mogelijk dat glasvezel licht opvangt.
Toepassingen
Lenzen: Lensvorm en brekingsindex werken samen om licht te focussen of te divergeren. Een sterkere breking (hogere n) betekent dat dunnere lenzen dezelfde brandpuntsafstand kunnen bereiken.
Prisma's: Breking bij verschillende golflengten (dispersie) scheidt wit licht in een spectrum.
Glasvezel: Totale interne reflectie bevat lichtsignalen binnen glasvezelkabels.
Tips
Meet altijd hoeken vanaf de normaal, niet vanaf het oppervlak. Wanneer licht een dichter medium binnentreedt, buigt het naar de normaal. Wanneer het een dichter medium verlaat, buigt het weg van de normaal. Deze asymmetrie is de reden dat zwembaden ondieper lijken dan ze zijn.
Gebruik onze [Snell's Law Refraction Calculator] (/en/practical/physics/snells-law-refraction) om direct brekingshoeken te vinden.