Snell'in Kırılma Yasası
Işık bir saydam maddeden diğerine geçerken sınırda bükülür — buna kırılma denir. Işık, daha yoğun bir maddeye girerken normale (yüzeye dik hayali bir çizgi) doğru bükülür, daha az yoğun bir maddeye girerken normalden uzaklaşır.
Formül
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — kırılma indisi (unitless): ilk maddenin ışığı ne kadar yavaşlattığı
- θ₁ — geliş açısı (°): gelen ışının normale göre ölçülen açısı
- n₂ — kırılma indisi (unitless): ikinci maddenin ışığı ne kadar yavaşlattığı
- θ₂ — kırılma açısı (°): ikinci madde içindeki bükülmüş ışının normale göre ölçülen açısı
Çözümlenmiş Örnek
Bir ışık ışını, bilinmeyen bir sıvının yüzeyine normalden doksan derece açıyla sıyırarak giriyor ve sıvı içinde normalden otuz dereceye bükülüyor. Sıvının kırılma indisi nedir?
- n₁ = 1 (hava)
- θ₁ = 90°
- θ₂ = 30°
- n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
- n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5
n₂ = 2
Kendini test et
Bu sıvının kırılma indisi 2'dir. İçinde hareket eden ışık, tekrar havaya kaçmaya çalışarak yüzeye çarpıyor. Tam iç yansıma için kritik açının sinüsü nedir?
- Doğru cevap: 0.5
- 2
- 1
Doğru! sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0,5, bu otuz derecelik bir kritik açıdır.
Şimdi sıvının 2 yerine 4 kırılma indisiyle daha yoğun olduğunu varsay. Işık yine doksan derecede sıyırarak giriyor. Öncesine kıyasla, kırılan ışın normale daha mı yakın bükülür yoksa daha mı uzak?
- Normalden daha uzak
- Doğru cevap: Normale daha yakın
- Değişiklik yok
Evet — daha yoğun bir ortam ışığı daha çok büker: sin θ₂ = 1 / 4 = 0,25, önceki bulduğumuz otuz dereceden daha küçük bir açı.
Nerede Görürsün
Su bardağındaki bir kalem, su yüzeyinde kırılmış gibi görünür ve bir havuz kenarından bakıldığında göründüğünden daha derindir — ikisi de ışığın sudan havaya geçerken bükülmesidir. İçecekteki pipet de yandan aynı numarayı yapar: su çizgisinin üstünde bir yöne, altında başka bir yöne uzanır.
Yaygın Hatalar
Yön hatası: daha yoğun maddeye giren ışık normale DOĞRU bükülür — daha büyük bir kırılma indisi sin θ₂'yi aşağı çeker (n = 4 olan bir maddeye sıyırarak girildiğinde sin θ₂ = 1/4 = 0.25 olur), dolayısıyla ışın normale daha sıkı sarılır, daha az değil. Bir de tam iç yansıma yalnızca tek yönde işler: yoğun ortamdan daha az yoğun ortama kaçmaya çalışan ışığa olur ve kritik açının sinüsü yalnızca indilerin oranıdır, sin θc = n₂ / n₁ — indisi 2 olan bir ortamdan havaya geçişte 1/2 = 0.5.
Nasıl Bağlantılı
Kırılma, tüm optik modülünün emektarıdır: bir mercek, eğri yüzeyleri bu yasa ile her ışını tek bir noktada buluşacak şekilde kıracak biçimde şekillendirilmiş bir camdan başka bir şey değildir ve aynı bükülme, sırada gelen aynanın ikiz denklemiyle görüntüleri oluşturur. Fiziksel olarak ışık, daha yoğun maddede yavaşladığı için bükülür — dalgalar modülünden gelen dalga bağıntısı, hızın yönle takas edilmesi.