Brytningslagen för vågor

Även känd som Snells lag, beskriver hur ljus ändrar vinkel när det entrar olika medier. Väldigt förenklat så grundar den sig på att ljuset alltid söker den väg som tar minst tid.

Först måste vi förstå hur refraktion fungerar. Det beskriver hur ljus "studsar" och beror på mellan vilka material som ljuset färdas, ljus färdas nämligen olika snabbt i olika material, detta går att bestämma med hjälp av ett brytningsindex n.

$n=\frac{c}{v}$

Om ljuset går från ett material med lågt brytningsindex till ett material med högre så kommer det att böjas av med en vinkel som är större än den infallande. Viktigt att veta här är att man alltid räknar infallsvinkeln som den vinkeln som verkar mot planets normal.

Den allmänna brytningslagen / Snells lag ger ett samband mellan vinklarna mot normalen samt materialets brytningsindex.

$n_1 \sin \theta _1 = n_2 \sin \theta _2$

En ljusstråle ankommer från P mot O i material med brytningsindex $n_1$. Denna bildar infallsvinkeln $\theta _1$

När ljuset når gränsytan, dvs att den byter material till $n_2$ så ändras vinkeln. Vi får nu en brytningsvinkel $\theta _2$ i riktining mot Q från O.

Såhär fungerar totalreflektion.

$\theta_ g=arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$

När en ljusstråle går från ett tätare till ett tunnare medium($n_1 > n_2$så saknar vår ekvation lösning för gränsvinkeln $\theta _ g$. Det innebär att vi har totalreflektion och att ljusstrålen kommer att reflekteras. Exempelvis så används detta i fiberoptik.