Imagine uma colher colocada em meio copo de água. A colher parece dobrar na fronteira ar-água. Isso ocorre porque os raios de luz que chegam aos olhos, vindos de baixo da água, mudam de direção quando passam no ar. Este fenômeno é conhecido como refração. Existem vários fatores que determinam em que ângulo um raio de luz se curvará ao passar de um meio para outro.
Se um raio de luz passa de um meio para outro - do ar para o vidro, por exemplo - perpendicular à superfície entre os meios, ele não muda de direção, ele passa direto. Se, no entanto, atingir a superfície em um ângulo perpendicular, ele muda de direção conforme se move para o segundo meio. O ângulo que o raio de luz faz com a perpendicular no primeiro meio é chamado de ângulo de incidência. O ângulo que o raio de luz faz com a perpendicular no segundo meio é chamado de ângulo de refração. A relação entre o ângulo de incidência (i) e o ângulo de refração (r) é dada pela lei de Snell: sin (r) / sin (i) = ni / nr, onde ni é o índice de refração do primeiro meio e nr é o índice de refração do segundo meio. Para um par fixo de mídia, ni / nr é fixo. Portanto, é claro que quando o ângulo de incidência i muda, o ângulo de refração r também muda.
Pela lei de Snell, você pode ver que o ângulo de refração depende da razão ni / nr dos índices de refração dos dois meios. Se nr for maior que ni - por exemplo, quando a luz passa do ar (ni = 1,0) para o vidro (ni = 1,5) - então o ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência, isto é, o raio de luz se curva em direção à perpendicular à superfície entre os dois meios à medida que cruza para o segundo médio. Se nr for menor que ni, o raio de luz que entra em outro meio se desvia da perpendicular à superfície entre os dois meios.
O ângulo de refração também depende do comprimento de onda da luz. A luz visível de cores diferentes tem comprimentos de onda diferentes e índices de refração ligeiramente diferentes. A diferença é tão pequena que você não a vê quando a luz branca passa por uma placa plana de vidro, por exemplo. Mas quando a luz branca passa por um prisma e é refratada duas vezes nas duas superfícies, cada cor se curva em um ângulo diferente e você pode ver claramente as cores separadas.
Em alguns casos especiais, o índice de refração em um meio pode depender da direção em que a luz passa pelo meio. Certos cristais minerais têm dois índices distintos de refração ao longo de duas direções e são conhecidos como materiais birrefringentes. Por exemplo, turmalina é um cristal com dois índices de refração: 1,669 e 1,638. Para esses materiais, o ângulo de refração depende da orientação do limite entre o meio com os eixos especiais do cristal.