Hukum Pembiasan Snell
Apabila cahaya melalui daripada satu bahan lutsinar ke satu lagi, ia membengkok pada sempadan -- ini dipanggil pembiasan. Cahaya membengkok ke arah normal (satu garis khayalan berserenjang dengan permukaan) ketika memasuki bahan lebih tumpat, dan menjauhi normal ketika memasuki yang kurang tumpat.
Formula
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — indeks biasan (unitless): berapa banyak bahan pertama memperlahankan cahaya
- θ₁ — sudut tuju (°): sudut sinar masuk, diukur daripada normal
- n₂ — indeks biasan (unitless): berapa banyak bahan kedua memperlahankan cahaya
- θ₂ — sudut biasan (°): sudut sinar bengkok dalam bahan kedua, diukur daripada normal
Contoh penyelesaian
Satu sinar cahaya menyusur permukaan satu cecair tidak dikenali, masuk pada sembilan puluh darjah daripada normal, dan membengkok kepada tiga puluh darjah daripada normal di dalam cecair itu. Berapakah indeks biasan cecair itu?
- n₁ = 1 (air)
- θ₁ = 90°
- θ₂ = 30°
- n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
- n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5
n₂ = 2
Uji diri anda
Cecair ini mempunyai indeks biasan 2. Cahaya yang bergerak di dalamnya mengena permukaan, cuba terlepas kembali ke udara. Berapakah sinus sudut genting bagi pantulan dalam penuh?
- Jawapan betul: 0.5
- 2
- 1
Betul! sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0.5, iaitu sudut genting 30 darjah.
Kini andaikan cecair itu lebih tumpat lagi, dengan indeks biasan 4 dan bukannya 2. Cahaya sekali lagi menyusur masuk pada sembilan puluh darjah. Berbanding sebelumnya, adakah sinar terbias membengkok lebih hampir kepada atau lebih jauh daripada normal?
- Lebih jauh daripada normal
- Jawapan betul: Lebih hampir kepada normal
- Tiada perubahan
Ya -- medium lebih tumpat membengkokkan cahaya lebih banyak: sin θ₂ = 1 / 4 = 0.25, sudut lebih kecil daripada 30 darjah yang kita jumpa sebelum ini.
Di mana anda melihat ini
Pensel dalam segelas air kelihatan patah pada permukaan, dan kolam lebih dalam daripada rupaannya dari tepi -- kedua-duanya cahaya membengkok ketika melintasi daripada air ke udara. Penyedut minuman dalam minuman melakukan helah yang sama dari sisi: di atas garis air ia menghala satu arah, di bawahnya satu arah lain.
Kesilapan biasa
Kesilapan arah: cahaya yang memasuki bahan lebih tumpat membengkok KE ARAH normal -- indeks lebih besar menarik sin θ₂ turun (memasuki bahan berindeks n = 4 pada tujuan menyusur memberi sin θ₂ = 1/4 = 0.25), jadi sinar itu memeluk normal lebih rapat, bukan kurang. Kemudian pantulan dalam penuh hanya berjalan satu arah: ia berlaku pada cahaya yang cuba terlepas daripada tumpat ke kurang tumpat, dan sinus sudut genting hanyalah nisbah indeks, sin θc = n₂ / n₁ -- bagi indeks 2 ke udara, 1/2 = 0.5.
Bagaimana ia bersambung
Pembiasan ialah kuda beban keseluruhan modul optik: satu kanta hanyalah kaca yang dibentuk supaya permukaan melengkungnya membias setiap sinar mengikut hukum ini untuk bertemu pada satu titik, dan bengkok yang sama pada kembar persamaan cermin membentuk imej seterusnya. Secara fizikal, cahaya membengkok kerana ia melambatkan dalam bahan lebih tumpat -- hubungan gelombang daripada modul gelombang, laju ditukar dengan arah.