Закон Снелліуса

Кут заломлення променя при проходженні кордону між двома середовищами залежить від співвідношення коефіцієнтів заломлення цих середовищ.

Теорія відносності примусила нас засвоїти, що ніщо не рухається швидше за світло, але при цьому в цьому формулюванні є одна маленька хитрість, про яку часто забувають. Теоретики, кажучи «швидкість світла», мають на увазі швидкість світла в вакуумі, яку прийнято позначати латинською літерою с, і для них це настільки самоочевидне, що доповнення «у вакуумі» вони зазвичай не озвучують. Але ж при поширення світла в прозорій середовищі, наприклад, воді або склі, він рухається значно повільніше швидкості з через безперервної взаємодії з атомами матеріального середовища.

Так що ж відбувається з фронтом світлової хвилі при її проходженні через кордон двох прозорих середовищ? Відповідь на це дає закон Снелліуса (або «Закон Снеліуса», якщо слідувати не латинським, а голландському написання. - Прим. перекладача), названий на ім'я голландського природодослідника Віллеброрда Снелліуса, вперше сформулював цю закономірність. Найважливіший приклад такого заломлення ми спостерігаємо при попаданні світлового променя з повітря в скло і потім знову в повітря - а саме це відбувається (причому часто неодноразово) в будь-якому оптичному приладі, будь то складне лабораторне обладнання або банальна пара очок. Уявіть себе туристів, що йдуть один за одним по діагоналі через квадратне поле, посередині якого, паралельно двом його сторонам, проходить межа, після якої починається болото. Зрозуміло, що по чистому полю туристи можуть йти швидше, а по болотної рідині - повільніше. І ось, коли перші туристи доходять до краю болота і починають грузнути в грязі, швидкість їх просування падає, і вони, як нормальні люди, відхиляються від курсу, щоб скоріше дістатися до протилежного краю болота, в той час як йдуть слідом рухаються з колишньою швидкістю і в колишньому напрямку. У міру залізання у болото все нових туристів вони також скидають швидкість і починають зрізати кут. У підсумку з висоти пташиного польоту процесія туристів виглядає переломленому - По полю вона йде в одному напрямку, а через болото - в іншому. Те ж і з світловим променем: якщо при перетині кордону двох середовищ швидкість світла в другій середовищі нижче, ніж швидкість світла в першій середовищі, промінь відхиляється убік нормалі (лінії, перпендикулярній кордоні). Якщо ж у другій середовищі швидкість поширення світла вище (як, наприклад, при переході світла зі скла в повітря), промінь, навпаки, відхилився від нормалі на більший кут (туристи прискорять крок і спрямуйте напрямок).

Ставлення швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в середовищі називається коефіцієнтом заломлення середовища. Так, коефіцієнт заломлення скла дорівнює приблизно 1,5 (залежить від сорту скла), тобто, світло у склі сповільнюється приблизно на третину в порівнянні з швидкістю його поширення у вакуумі. У кожного прозорого матеріалу - власний коефіцієнт заломлення (збіги, звичайно ж, можливі, але вони ні про що не говорять).

Закон Снелліуса встановлює числове співвідношення між кутами падіння і заломлення променя при переході з одного середовища в іншу. Якщо