Преламање светлости
Светлост се прелама када прелази између средина у којима је фазна брзина различита. Промена смера следи из граничних услова таласа на раздвојној површи, док фреквенција остаје иста.
Индекс преламања повезује брзину светлости и средину
Индекс преламања је n = c/v, где је c брзина светлости у вакууму, а v фазна брзина у средини. За уобичајене провидне материјале n > 1, па је v < c.
При уласку у средину са већим n фазна брзина се смањује. Фреквенција се на граници не мења јер је задаје извор и временска осцилација поља мора бити непрекидна.
Снелов закон одређује смер зрака
За углове мерене од нормале важи n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂. При преласку у веће n зрак се савија ка нормали, а при преласку у мање n од нормале.
Углови се мере од нормале, не од површи. Ако при преласку из већег n у мање израз за sin θ₂ постане већи од 1, нема реалног преломљеног зрака и настаје тотална унутрашња рефлексија.
Калкулатор Снеловог закона
Фреквенција се не мења на граници
На непокретној граници фреквенција је иста са обе стране. Пошто је v = fλ, таласна дужина мора да се промени када се промени фазна брзина. У средини је λ = λ₀/n.
Преламање тако мења смер и таласну дужину преко брзине, али не оптичку фреквенцију. Зато се енергија фотона E = hf не мења само због идеалне непокретне границе.
Дисперзија и реални материјали
У стварним материјалима n зависи од фреквенције или таласне дужине. Различите боје зато се преламају под мало различитим угловима. Призма разлаже белу светлост јер љубичаста и црвена немају исти индекс.
Наведена вредност n односи се на одређене услове, често на одређену таласну дужину и температуру. Прецизна оптика користи дисперзионе податке уместо једне константе за цео спектар.
Одвојите смер, брзину и таласну дужину
Три питања решавајте посебно: Снелов закон даје смер, n = c/v фазну брзину, а v = fλ таласну дужину када је f познато. Мешање ових корака је чест узрок грешке.
Нормалан упад не мења смер зрака иако се брзина и таласна дужина мењају. Велика промена смера може настати без промене фреквенције. Зато увек именујте величину која се заиста мења.
Решени примери
1. Из ваздуха у стакло
Светлост иде из ваздуха n₁ = 1,00 у стакло n₂ = 1,50 под θ₁ = 30,0°. Одредите θ₂.
Решење
sin θ₂ = (1,00/1,50) sin 30,0° = 1/3, па је θ₂ ≈ 19,5°. Зрак се савија ка нормали.
2. Брзина светлости у води
Средина има n = 1,33. Одредите фазну брзину светлости.
Решење
v = c/n = (2,998 × 10⁸)/1,33 ≈ 2,26 × 10⁸ m s⁻¹.
3. Таласна дужина у стаклу
Светлост има вакуумску таласну дужину 600 nm и улази у стакло са n = 1,50. Одредите λ.
Решење
Фреквенција остаје иста, па је λ = λ₀/n = 600/1,50 = 400 nm.