กฎของสเนลล์คืออะไร?

ในฟิสิกส์กฎของสเนลล์ให้สมการที่อธิบายว่าแสงหักเหอย่างไรเมื่อมันเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง การใช้สมการของกฎของสเนลล์สามารถกำหนดขนาดของมุมที่โค้งงอแสงได้ เพื่อกำหนดมุมการหักเหของแสงต้องทราบมุมเริ่มต้นของแสงและดัชนีการหักเหของวัสดุทั้งสอง

เมื่อคลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งจากอากาศหนึ่งไปอีกน้ำหนึ่งพวกมันจะงอหรือเปลี่ยนทิศทาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการหักเห เหตุผลที่ทำให้เกิดการโค้งงอเกิดขึ้นเนื่องจากคลื่นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันในวัสดุที่แตกต่างกัน แสงเป็นตัวอย่างหนึ่งของคลื่นที่หักเหเมื่อเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่าง ๆ

มุมเริ่มต้นและโค้งงอของรังสีแสงจะถูกวัดตามความสัมพันธ์กับปกติ ปกติเป็นเส้นตรงที่ตั้งฉากหรือมุมฉากกับพื้นผิวที่แสงเข้าสู่ตัวกลาง มุมของการบังเกิดคือมุมที่แสงทำกับปกติบนพื้นผิว มุมการหักเหคือมุมที่แสงหักเหไปทางหรืออยู่ห่างจากค่าปกติในสื่อใหม่

ตัวอย่างเช่นรังสีของแสงเดินทางผ่านวัสดุที่มีดัชนีการหักเหของ X และเข้าสู่วัสดุอื่นด้วยดัชนีการหักเหของ Y มุมของการเกิดคือ x และมุมของการหักเหจะเป็น y การใช้ตัวแปรที่กำหนดกฎของ Snell จะถูกเขียนเป็น: X * sine (x) = Y * sine (y) เพื่อหามุมการหักเหสมการสามารถเขียนใหม่เป็นไซน์ (y) = X * ไซน์ (x) / Y หรือ y = arcsin (X * sine (x) / Y)

ความหนาแน่นของสื่อที่แสงกำลังเคลื่อนที่จะเป็นตัวกำหนดความเร็วของแสง หากแสงเคลื่อนที่เข้าหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงมันจะช้าลงดังนั้นรังสีจะโค้งงอเข้าหาปกติ การดัดโค้งไปทางปกติจะทำให้มุมการหักเหมีขนาดเล็กกว่ามุมตกกระทบ หากแสงเคลื่อนที่เข้าหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่ามันจะเร่งความเร็วขึ้นทำให้มันโค้งงอจากปกติและมุมการหักเหจะใหญ่กว่ามุมตกกระทบ

ตัวอย่างเช่นหากรังสีของแสงเดินทางจากอากาศสู่น้ำและเข้าสู่น้ำที่มุม 30 องศาเราสามารถใช้กฎของ Snell เพื่อหาว่าแสงจะโค้งงอเท่าไหร่หรือ y ดัชนีการหักเหของอากาศคือ 1 และสำหรับน้ำก็คือ 1.33 เมื่อใช้สมการที่ให้ไว้ก่อนหน้านี้ y = arcsin (1 * sine (30) /1.33) ไซน์ (30) = 0.5 ดังนั้น y = arcsin (0.5 / 1.33) = 22.1 ดังนั้นมุมการหักเหของแสงที่เข้าสู่น้ำที่มุม 30 องศาคือ 22.1 องศา