Vad är Snells lag?

I fysiken ger Snells lag ekvationen som beskriver hur ljus bryts ut när det rör sig från ett medium till ett annat. Med hjälp av Snell's Law-ekvationen kan storleken på vinkeln som ljuset böjs bestämmas. För att bestämma brytningsvinkeln måste ljusets initiala vinkel och brytningsindex för de två materialen vara kända.

När vågor rör sig från en typ av medium till en annan, från luft till vatten till exempel, böjer de eller ändrar riktning. Detta fenomen kallas brytning. Anledningen till att böjningen sker är att vågorna rör sig med olika hastigheter i olika material. Ljus är ett exempel på en våg som bryts när den rör sig genom olika media.

De initiala och böjda vinklarna på en ljusstråle mäts baserat på förhållandet till det normala. Normalen är en rak linje som är vinkelrätt eller vinkelrätt mot ytan där ljuset kommer in i mediet. Incidensvinkeln är den vinkel som ljuset gör med det normala på ytan. Brytningsvinkeln är den vinkel som ljuset bryts mot eller bort från det normala inom det nya mediet.

Till exempel reser en ljusstråle genom ett material med ett brytningsindex av X och kommer in i ett annat material med ett brytningsindex av Y. Infallsvinkeln är x och brytningsvinkeln skulle vara y. Med hjälp av de givna variablerna skulle Snells lag skrivas som: X * sinus (x) = Y * sinus (y). För att ta reda på brytningsvinkeln kan ekvationen skrivas om som sinus (y) = X * sinus (x) / Y eller y = arcsin (X * sinus (x) / Y).

Densiteten hos det medium inom vilket ljuset rör sig kommer att bestämma ljusets hastighet. Om ljusstrålen rör sig till ett tätare medium kommer det att sakta ner, så att strålen böjs mot det normala. Böjning mot det normala gör brytningsvinkeln mindre än infallsvinkeln. Om ljuset rör sig i ett mindre tätt medium snabbar det upp, vilket gör att det böjer sig bort från det normala och brytningsvinkeln kommer att vara större än infallsvinkeln.

Till exempel, om en ljusstråle rör sig från luft till vatten och kommer in i vattnet i en vinkel på 30 grader, kan vi använda Snells lag för att räkna ut hur mycket ljuset kommer att böjas, eller y. Brytningsindex för luft är 1, och för vatten är det 1,33. Med hjälp av ekvationen som givits tidigare, y = arcsin (1 * sinus (30) /1,33). sinus (30) = 0,5, så y = arcsin (0,5 / 1,33) = 22,1. Således är brytningsvinkeln för ljus som kommer in i vatten i en 30 graders vinkel 22,1 grader.