Представьте себе ложку, помещенную в полстакана воды. Кажется, что ложка изгибается на границе воздух-вода. Это потому, что световые лучи, попадающие в ваши глаза из-под воды, меняют направление, когда попадают в воздух. Это явление известно как преломление. Есть несколько факторов, которые определяют, под каким углом будет изгибаться световой луч при переходе из одной среды в другую.
Если луч света проходит от одной среды к другой - например, от воздуха к стеклу - перпендикулярно поверхности между средами, он не меняет направления, а проходит сквозь нее. Однако, если он ударяется о поверхность под углом к перпендикуляру, он меняет направление по мере продвижения во вторую среду. Угол, который световой луч образует с перпендикуляром в первой среде, называется углом падения. Угол, который световой луч образует с перпендикуляром во второй среде, называется углом преломления. Связь между углом падения (i) и углом преломления (r) задается законом Снеллиуса: sin (r) / sin (i) = ni / nr, где ni - показатель преломления первой среды, а nr - показатель преломления второй среды. Для фиксированной пары носителей ni / nr фиксировано. Итак, ясно, что при изменении угла падения i изменяется и угол преломления r.
Из закона Снеллиуса вы можете видеть, что угол преломления зависит от отношения ni / nr показателей преломления двух сред. Если nr больше, чем ni - например, когда свет проходит из воздуха (ni = 1,0) в стекло (ni = 1,5) - тогда угол преломления меньше, чем угол падения, то есть луч света изгибается к перпендикуляру к поверхности между двумя средами, когда он пересекает вторую Средняя. Если nr меньше, чем ni, луч света, попадающий в другую среду, отклоняется от перпендикуляра к поверхности между двумя средами.
Угол преломления также зависит от длины волны света. Видимый свет разного цвета имеет разные длины волн и немного разные показатели преломления. Разница настолько мала, что вы не видите ее, когда, например, белый свет проходит через плоскую стеклянную пластину. Но когда белый свет проходит через призму и дважды преломляется на двух поверхностях, каждый цвет изгибается под другим углом, и вы можете четко видеть отдельные цвета.
В некоторых особых случаях показатель преломления в среде может зависеть от направления, в котором свет проходит через среду. Некоторые минеральные кристаллы имеют два различных показателя преломления в двух направлениях и известны как материалы с двойным лучепреломлением. Например, турмалин - это кристалл с двумя показателями преломления: 1,669 и 1,638. Для этих материалов угол преломления зависит от ориентации границы между средами со специальными осями кристалла.