Prawo Snella opisuje, jak światło załamuje się podczas przejścia między ośrodkami o różnej gęstości, na przykład z powietrza do wody lub szkła. To załamanie (załamanie) powoduje, że słomka w wodzie wygląda na wygiętą i dlatego soczewki skupiają światło. Zrozumienie refrakcji jest niezbędne dla optyki, projektowania soczewek i zrozumienia zjawisk takich jak miraże i tęcze.
Formuła
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Gdzie:
- n₁ = współczynnik załamania światła pierwszego ośrodka
- θ₁ = kąt padania (od normalnej)
- n₂ = współczynnik załamania światła drugiego ośrodka
- θ₂ = kąt załamania (od normalnej)
Kąty są zawsze mierzone od normalnej (prostopadłej) do powierzchni, a nie od samej powierzchni.
Wspólne współczynniki załamania światła
| Średni | Współczynnik załamania światła |
|---|---|
| Próżnia | 1.0 |
| Powietrze | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Woda | 1.33 |
| Szkło | 1,5 – 1,9 |
| Diament | 2.42 |
Wyższy współczynnik załamania światła oznacza, że światło przemieszcza się w tym ośrodku wolniej.
Sprawdzony przykład
Światło przechodzi z powietrza (n=1,0) do wody (n=1,33) pod kątem padania 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°
Światło załamuje się w kierunku normalnym, gdy wchodzi do gęstszego ośrodka. Promień załamany jest bliższy normalnej (32,1°) niż promień padający (45°).
Kąt krytyczny i całkowite odbicie wewnętrzne
Kiedy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do mniej gęstego (np. szkła do powietrza), istnieje kąt krytyczny, powyżej którego światło nie załamuje się, lecz całkowicie odbija. To jest całkowite wewnętrzne odbicie:
sin(θc) = n₂ / n₁
Dla szkła (n=1,5) do powietrza (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Kąty padania większe niż 41,8° powodują całkowite wewnętrzne odbicie. Zasada ta umożliwia światłowodom wychwytywanie światła.
Aplikacje
Soczewki: Kształt soczewki i współczynnik załamania światła współdziałają, skupiając lub rozpraszając światło. Silniejsze załamanie światła (wyższe n) oznacza, że cieńsze soczewki mogą osiągnąć tę samą ogniskową.
Pryzmy: Załamanie przy różnych długościach fal (dyspersja) rozdziela światło białe na widmo.
Światłowody: Całkowite wewnętrzne odbicie obejmuje sygnały świetlne w kablach światłowodowych.
Porady
Zawsze mierz kąty od normalnej, a nie od powierzchni. Kiedy światło wchodzi do gęstszego ośrodka, załamuje się w kierunku normalnej. Wychodząc z gęstszego ośrodka, odchyla się od normalnego. Ta asymetria powoduje, że baseny wydają się płytsze niż w rzeczywistości.
Skorzystaj z naszego Kalkulatora refrakcji prawa Snella, aby natychmiast znaleźć kąty załamania światła.