Snells lov beskriver hvordan lys bøyer seg når det passerer mellom medier med forskjellig tetthet, for eksempel fra luft til vann eller glass. Denne bøyningen (brytningen) er grunnen til at et strå i vannet virker bøyd og hvorfor linser fokuserer lys. Å forstå brytning er avgjørende for optikk, linsedesign og forståelse av fenomener som luftspeilinger og regnbuer.
Formelen
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Hvor:
- n1 = brytningsindeks for første medium
- θ₁ = innfallsvinkel (fra normalen)
- n₂ = brytningsindeks for andre medium
- θ₂ = brytningsvinkel (fra normalen)
Vinkler måles alltid fra normalen (vinkelrett) til overflaten, ikke fra selve overflaten.
Vanlige brytningsindekser
| Medium | Brytningsindeks |
|---|---|
| Vakuum | 1.0 |
| Luft | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Vann | 1.33 |
| Glass | 1,5 – 1,9 |
| Diamant | 2.42 |
Høyere brytningsindeks betyr at lys beveger seg langsommere i det mediet.
Bearbeidet eksempel
Lys går fra luft (n=1,0) til vann (n=1,33) i en innfallsvinkel 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 bøyer seg mot det normale når det kommer inn i et tettere medium. Den brutte strålen er nærmere normalen (32,1°) enn den innfallende strålen (45°).
Kritisk vinkel og total intern refleksjon
Når lys beveger seg fra et tettere til et mindre tett medium (f.eks. glass til luft), er det en kritisk vinkel utenfor hvilken lyset ikke brytes ut, men i stedet reflekteres fullstendig tilbake. Dette er total intern refleksjon:
sin(θc) = n₂ / n₁
For glass (n=1,5) til luft (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Innfallsvinkler større enn 41,8° forårsaker total intern refleksjon. Dette prinsippet gjør det mulig for fiberoptikk å fange lys.
Applikasjoner
Linser: Linseform og brytningsindeks jobber sammen for å fokusere eller divergere lys. Sterkere brytning (høyere n) betyr at tynnere linser kan oppnå samme brennvidde.
Prismer: Refraksjon ved forskjellige bølgelengder (dispersjon) skiller hvitt lys inn i et spektrum.
Fiberoptikk: Total intern refleksjon inneholder lyssignaler i optiske fiberkabler.
Tips
Mål alltid vinkler fra normalen, ikke overflaten. Når lys kommer inn i et tettere medium, bøyer det seg mot det normale. Når du går ut av et tettere medium, bøyer det seg bort fra det normale. Denne asymmetrien er grunnen til at svømmebassenger virker grunnere enn de er.
Bruk vår Snell's Law Refraction Calculator for å finne brytningsvinkler umiddelbart.