Was ist Snells Gesetz?
In der Physik gibt das Snellsche Gesetz die Gleichung an, die beschreibt, wie Licht gebrochen wird, wenn es von einem Medium zu einem anderen wandert. Mit der Snell's Law-Gleichung kann die Größe des Winkels bestimmt werden, unter dem das Licht gebogen wird. Zur Bestimmung des Brechungswinkels müssen der Anfangswinkel des Lichts und der Brechungsindex der beiden Materialien bekannt sein.
Wenn sich Wellen von einer Art Medium zu einer anderen bewegen, zum Beispiel von Luft zu Wasser, biegen sie sich oder ändern ihre Richtung. Dieses Phänomen nennt man Brechung. Der Grund für das Biegen liegt darin, dass sich Wellen in verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten. Licht ist ein Beispiel für eine Welle, die gebrochen wird, wenn sie sich durch verschiedene Medien bewegt.
Die Anfangs- und Biegewinkel eines Lichtstrahls werden auf der Grundlage der Beziehung zur Normalen gemessen. Die Normale ist eine gerade Linie, die senkrecht oder im rechten Winkel zur Oberfläche verläuft, auf der das Licht in das Medium eintritt. Der Einfallswinkel ist der Winkel, den das Licht mit der Normalen auf der Oberfläche bildet. Der Brechungswinkel ist der Winkel, in dem das Licht innerhalb des neuen Mediums zur Normalen hin oder von dieser weg gebrochen wird.
Beispielsweise durchläuft ein Lichtstrahl ein Material mit einem Brechungsindex von X und tritt in ein anderes Material mit einem Brechungsindex von Y ein. Der Einfallswinkel ist x und der Brechungswinkel wäre y. Unter Verwendung der angegebenen Variablen würde das Snellsche Gesetz wie folgt geschrieben: X * Sinus (x) = Y * Sinus (y). Um den Brechungswinkel herauszufinden, kann die Gleichung als Sinus (y) = X · Sinus (x) / Y oder y = Arcusin (X · Sinus (x) / Y) umgeschrieben werden.
Die Dichte des Mediums, in dem sich das Licht bewegt, bestimmt die Lichtgeschwindigkeit. Bewegt sich der Lichtstrahl in ein dichteres Medium, verlangsamt er sich, sodass sich der Strahl zur Normalen hin biegt. Durch Biegen in Richtung der Normalen wird der Brechungswinkel kleiner als der Einfallswinkel. Bewegt sich das Licht in ein weniger dichtes Medium, beschleunigt es sich und biegt sich von der Normalen ab. Der Brechungswinkel ist größer als der Einfallswinkel.
Wenn zum Beispiel ein Lichtstrahl von Luft zu Wasser wandert und in einem Winkel von 30 Grad ins Wasser eintritt, können wir mit dem Snellschen Gesetz herausfinden, wie stark sich das Licht biegt, oder y. Der Brechungsindex von Luft beträgt 1 und für Wasser 1,33. Unter Verwendung der oben angegebenen Gleichung ist y = Arcsin (1 · Sinus (30) / 1,33). Sinus (30) = 0,5, also y = Arcsin (0,5 / 1,33) = 22,1. Somit beträgt der Brechungswinkel von Licht, das unter einem Winkel von 30 Grad in Wasser eintritt, 22,1 Grad.