Định Luật Khúc Xạ Snell

Khi ánh sáng truyền từ một vật liệu trong suốt sang một vật liệu khác, nó bị bẻ cong tại ranh giới — đây gọi là khúc xạ. Ánh sáng bẻ cong về phía pháp tuyến (một đường tưởng tượng vuông góc với bề mặt) khi đi vào vật liệu đặc hơn, và bẻ cong ra xa pháp tuyến khi đi vào vật liệu kém đặc hơn.

Công thức

n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂

• n₁ — chiết suất (unitless): vật liệu thứ nhất làm chậm ánh sáng bao nhiêu
• θ₁ — góc tới (°): góc của tia tới, đo từ pháp tuyến
• n₂ — chiết suất (unitless): vật liệu thứ hai làm chậm ánh sáng bao nhiêu
• θ₂ — góc khúc xạ (°): góc của tia bị bẻ cong bên trong vật liệu thứ hai, đo từ pháp tuyến

Ví dụ đã giải

Một tia sáng lướt dọc theo bề mặt của một chất lỏng chưa xác định, đi vào ở chín mươi độ so với pháp tuyến, và bẻ cong thành ba mươi độ so với pháp tuyến bên trong chất lỏng. Chiết suất của chất lỏng là bao nhiêu?

• n₁ = 1 (không khí)
• θ₁ = 90°
• θ₂ = 30°

1. n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
2. n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5

n₂ = 2

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Một chiếc bút chì cắm trong ly nước trông như bị gãy ngay tại mặt nước, và một bể bơi lại sâu hơn so với vẻ ngoài khi nhìn từ mép bể — cả hai đều là ánh sáng bị bẻ cong khi truyền từ nước ra không khí. Một cây ống hút trong cốc nước cũng đóng đúng trò này nếu nhìn từ bên cạnh: phía trên mực nước nó chỉ về một hướng, phía dưới mực nước lại chỉ về hướng khác.

Những sai lầm phổ biến

Sai lầm về hướng: ánh sáng đi vào vật liệu đặc hơn sẽ bẻ cong VỀ PHÍA pháp tuyến — chiết suất lớn hơn kéo sin θ₂ xuống (khi tia lướt sát mặt phân giới để đi vào vật liệu có n = 4 thì sin θ₂ = 1/4 = 0.25), nên tia sáng bám sát pháp tuyến hơn chứ không phải lùi xa ra. Còn phản xạ toàn phần chỉ chạy một chiều duy nhất: nó xảy ra với ánh sáng đang cố thoát từ môi trường đặc sang môi trường kém đặc hơn, và sin của góc tới hạn chỉ đơn giản là tỉ số giữa hai chiết suất, sin θc = n₂ / n₁ — với chiết suất 2 truyền ra không khí, 1/2 = 0.5.

Nó liên kết như thế nào

Khúc xạ là trụ cột của cả chuyên đề quang học: một thấu kính chẳng qua là khối thủy tinh được mài sao cho các mặt cong của nó khúc xạ mọi tia sáng theo đúng định luật này để cùng gặp nhau tại một điểm, và sự bẻ cong tương tự ở gương, cùng phương trình song sinh của nó, sẽ tạo ảnh ở phần kế tiếp. Về mặt vật lý, ánh sáng bị bẻ cong vì nó truyền chậm lại trong vật liệu đặc hơn — đó chính là quan hệ sóng từ chuyên đề sóng: đánh đổi tốc độ để lấy phương hướng.

Thử mô phỏng

• Độ sâu biểu kiến (mặt phân cách phẳng)
• Phản xạ toàn phần
• Lăng kính với ánh sáng trắng
• Góc lệch cực tiểu
• Lăng kính thủy tinh flint (tán sắc mạnh hơn)
• Lăng kính mỏng (góc chiết quang nhỏ)
• Lăng kính nước (cầu vồng)

Các khái niệm liên quan

• Phương Trình Thấu Kính Mỏng
• Phương Trình Gương
• Giao Thoa & Nhiễu Xạ
• Phân Cực & Định Luật Malus