スネルの法則とは何ですか？

物理学では、スネルの法則は、ある媒体から別の媒体に移動するときに光がどのように屈折するかを表す方程式を与えます。 スネルの法則方程式を使用して、光が曲がる角度のサイズを決定できます。 屈折角を決定するには、光の初期角度と2つの材料の屈折率を知る必要があります。

波がある種類の媒体から別の種類の媒体、たとえば空気から水に移動すると、波は曲がったり方向を変えたりします。 この現象は屈折と呼ばれます。 曲げが発生する理由は、波が異なる材料で異なる速度で移動するためです。 光は、異なるメディアを通過するときに屈折する波の一例です。

光線の初期角度と曲げ角度は、法線との関係に基づいて測定されます。 法線は、光が媒体に入射する表面に垂直または直角の直線です。 入射角は、光が表面の法線となす角度です。 屈折角は、新しい媒体内で法線に向かって、または法線から離れて光が屈折する角度です。

たとえば、光線は、屈折率がXの材料を通過し、屈折率がYの別の材料に入ります。入射角はxで、屈折角はyになります。 指定された変数を使用すると、スネルの法則は次のように記述されます：X * sine（x）= Y * sine（y）。 屈折角を見つけるには、方程式をsine（y）= X * sine（x）/ Yまたはy = arcsin（X * sine（x）/ Y）に書き換えます。

光が移動する媒体の密度により、光の速度が決まります。 光線がより高密度の媒体に移動すると、光線の速度が低下するため、光線は法線に向かって曲がります。 法線に向かって曲げると、屈折角が入射角よりも小さくなります。 光が密度の低い媒体に移動すると速度が上がり、法線から離れて曲がり、屈折角は入射角よりも大きくなります。

たとえば、光線が空気から水へと進み、30度の角度で水に入る場合、スネルの法則を使用して、光がどれだけ曲がるか、yを計算できます。 空気の屈折率は1で、水については1.33です。 前述の式を使用して、y = arcsin（1 * sine（30）/1.33）。 sine（30）= 0.5、したがってy = arcsin（0.5 / 1.33）= 22.1 したがって、30度の角度で水に入る光の屈折角は22.1度です。