Φανταστείτε ένα κουτάλι τοποθετημένο σε μισό ποτήρι νερό. Το κουτάλι φαίνεται να λυγίζει στα όρια αέρα-νερού. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ακτίνες φωτός που φτάνουν στα μάτια σας από κάτω από το νερό αλλάζουν κατεύθυνση όταν περνούν στον αέρα. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως διάθλαση. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που καθορίζουν σε ποια γωνία θα λυγίσει μια ακτίνα φωτός όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο.
Εάν μια ακτίνα φωτός διασχίζει από το ένα μέσο στο άλλο - για παράδειγμα από αέρα σε γυαλί - κάθετα προς την επιφάνεια μεταξύ του μέσου, δεν αλλάζει κατεύθυνση, περνάει κατευθείαν. Εάν, ωστόσο, χτυπήσει την επιφάνεια υπό γωνία προς την κάθετη, αλλάζει κατεύθυνση καθώς κινείται στο δεύτερο μέσο. Η γωνία που κάνει η ακτίνα φωτός με την κάθετη στο πρώτο μέσο ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης. Η γωνία που κάνει η ακτίνα φωτός με την κάθετη στο δεύτερο μέσο ονομάζεται γωνία διάθλασης. Η σχέση μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης (i) και της γωνίας διάθλασης (r) δίνεται από τον νόμο του Snell: sin (r) / sin (i) = ni / nr, όπου ni είναι ο δείκτης διάθλασης του πρώτου μέσου και nr είναι ο δείκτης διάθλασης του δεύτερου μέσου. Για ένα σταθερό ζεύγος μέσων, το ni / nr είναι σταθερό. Είναι λοιπόν σαφές ότι όταν αλλάζει η γωνία πρόσπτωσης, αλλάζει και η γωνία διάθλασης r.
Από το νόμο του Snell, μπορείτε να δείτε ότι η γωνία της διάθλασης εξαρτάται από την αναλογία n / nr των διαθλαστικών δεικτών των δύο μέσων. Εάν το nr είναι μεγαλύτερο από το ni - για παράδειγμα όταν το φως περνά από τον αέρα (ni = 1,0) στο γυαλί (ni = 1,5) - τότε η γωνία διάθλασης είναι μικρότερη από η γωνία πρόσπτωσης, δηλαδή, η ακτίνα φωτός κάμπτει προς την κάθετη προς την επιφάνεια μεταξύ των δύο μέσων καθώς διασχίζει το δεύτερο Μεσαίο. Εάν το nr είναι μικρότερο από το ni, η ακτίνα φωτός που εισέρχεται σε άλλο μέσο κάμπτει μακριά από την κάθετη προς την επιφάνεια μεταξύ των δύο μέσων.
Η γωνία διάθλασης εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος του φωτός. Το ορατό φως διαφορετικών χρωμάτων έχει διαφορετικά μήκη κύματος και ελαφρώς διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Η διαφορά είναι τόσο μικρή που δεν την βλέπετε όταν το λευκό φως περνάει για παράδειγμα από μια επίπεδη γυάλινη πλάκα. Αλλά όταν το λευκό φως περνά μέσα από ένα πρίσμα και διαθλάται δύο φορές στις δύο επιφάνειες, κάθε χρώμα λυγίζει σε διαφορετική γωνία και μπορείτε να δείτε καθαρά τα ξεχωριστά χρώματα.
Σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, ο δείκτης διάθλασης σε ένα μέσο μπορεί να εξαρτάται από την κατεύθυνση στην οποία το φως περνά μέσα από το μέσο. Ορισμένοι ορυκτοί κρύσταλλοι έχουν δύο ξεχωριστούς δείκτες διάθλασης κατά δύο κατευθύνσεις και είναι γνωστοί ως πυρετά υλικά. Για παράδειγμα, η τουρμαλίνη είναι ένας κρύσταλλος με δύο διαθλαστικούς δείκτες: 1,669 και 1,638. Για αυτά τα υλικά, η γωνία διάθλασης εξαρτάται από τον προσανατολισμό του ορίου μεταξύ των μέσων με τους ειδικούς άξονες του κρυστάλλου.
