Snellov zákon popisuje, ako sa svetlo ohýba pri prechode medzi médiami rôznych hustôt, napríklad zo vzduchu do vody alebo skla. Toto ohýbanie (refrakcia) je dôvodom, prečo sa slamka vo vode javí ako ohnutá a prečo šošovky sústreďujú svetlo. Pochopenie lomu je nevyhnutné pre optiku, dizajn šošoviek a pochopenie javov, ako sú fatamorgány a dúhy.
Vzorec
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
kde:
- n₁ = index lomu prvého média
- θ₁ = uhol dopadu (od normálu)
- n₂ = index lomu druhého média
- θ₂ = uhol lomu (od normálu)
Uhly sa vždy merajú od normály (kolmice) k povrchu, nie od samotného povrchu.
Bežné indexy lomu
| Stredná | Index lomu |
|---|---|
| Vákuum | 1.0 |
| Vzduch | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Voda | 1.33 |
| sklo | 1,5 – 1,9 |
| Diamantový | 2.42 |
Vyšší index lomu znamená, že svetlo sa v tomto médiu šíri pomalšie.
Spracovaný príklad
Svetlo prechádza zo vzduchu (n=1,0) do vody (n=1,33) pod uhlom dopadu 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°
Svetlo sa pri vstupe do hustejšieho média ohýba smerom k normálu. Lomený lúč je bližšie k normálu (32,1°) ako dopadajúci lúč (45°).
Kritický uhol a úplný vnútorný odraz
Keď svetlo prechádza z hustejšieho do menej hustého média (napr. zo skla do vzduchu), existuje kritický uhol, za ktorým sa svetlo neláme, ale namiesto toho sa úplne odráža. Toto je úplný vnútorný odraz:
sin(θc) = n₂ / n₁
Pre sklo (n=1,5) až vzduch (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Uhly dopadu väčšie ako 41,8° spôsobujú úplný vnútorný odraz. Tento princíp umožňuje optickým vláknam zachytávať svetlo.
Aplikácie
Šošovky: Tvar šošoviek a index lomu spolupracujú pri zaostrovaní alebo rozvádzaní svetla. Silnejšia refrakcia (vyššie n) znamená, že tenšie šošovky môžu dosiahnuť rovnakú ohniskovú vzdialenosť.
Prizmy: Lom pri rôznych vlnových dĺžkach (disperzia) rozdeľuje biele svetlo na spektrum.
Optické vlákna: Celkový vnútorný odraz obsahuje svetelné signály v kábloch s optickými vláknami.
Tipy
Vždy merajte uhly od normály, nie od povrchu. Keď svetlo vstúpi do hustejšieho média, ohne sa smerom k normálu. Pri výstupe z hustejšieho média sa ohýba od normálu. Táto asymetria je dôvodom, prečo sa bazény javia plytšie, než sú.
Pomocou našej Snell's Law Refraction Calculator môžete okamžite nájsť uhly lomu.