Закон Снелла описує, як світло згинається під час переходу між середовищами різної щільності, наприклад, з повітря у воду чи скло. Через цей вигин (заломлення) соломинка у воді виглядає зігнутою і чому лінзи фокусують світло. Розуміння заломлення є важливим для оптики, дизайну лінз і розуміння таких явищ, як міражі та веселки.
Формула
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Де:
- n₁ = показник заломлення першого середовища
- θ₁ = кут падіння (від нормалі)
- n₂ = показник заломлення другого середовища
- θ₂ = кут заломлення (від нормалі)
Кути завжди вимірюються від нормалі (перпендикуляра) до поверхні, а не від самої поверхні.
Загальні показники заломлення
| Середній | Показник заломлення |
|---|---|
| Вакуум | 1.0 |
| повітря | 1,0003 ≈ 1,0 |
| вода | 1.33 |
| скло | 1,5 – 1,9 |
| діамант | 2.42 |
Вищий показник заломлення означає, що світло в цьому середовищі поширюється повільніше.
Спрацьований приклад
Світло поширюється з повітря (n=1,0) у воду (n=1,33) під кутом падіння 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°
Світло згинається в бік нормалі, коли потрапляє в більш щільне середовище. Заломлений промінь ближче до нормалі (32,1°), ніж падаючий (45°).
Критичний кут і повне внутрішнє відбивання
Коли світло переходить від більш щільного до менш щільного середовища (наприклад, від скла до повітря), існує критичний кут, за яким світло не заломлюється, а натомість повністю відбивається назад. Це повне внутрішнє відбиття:
sin(θc) = n₂ / n₁
Від скла (n=1,5) до повітря (n=1,0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Кути падіння більше 41,8° викликають повне внутрішнє відбивання. Цей принцип дозволяє волоконній оптиці вловлювати світло.
Програми
Лінзи: Форма лінзи та показник заломлення разом допомагають фокусувати або розсіювати світло. Більше заломлення (вище n) означає, що тонші лінзи можуть досягти такої ж фокусної відстані.
Призми: Заломлення на різних довжинах хвиль (дисперсія) розділяє біле світло на спектр.
Волоконна оптика. Повне внутрішнє відбиття містить світлові сигнали в волоконно-оптичних кабелях.
Поради
Завжди вимірюйте кути від нормалі, а не від поверхні. Коли світло потрапляє в більш щільне середовище, воно згинається до нормалі. При виході з більш щільного середовища він відхиляється від нормального. Через цю асиметрію басейни здаються мілкішими, ніж вони є.
Скористайтеся нашим Калькулятором заломлення за законом Снелла, щоб миттєво знайти кути заломлення.