Snells lov kalkulator

Kategori: Fysikk
- november 05, 2025
| |

Snells lov beskriver hvordan lys brytes når det passerer mellom forskjellige medier, som luft til vann eller glass til luft. Loven sier at forholdet mellom sinusene til innfallsvinklene og brytningsvinklene er lik forholdet mellom fasehastighetene i de to mediene, eller tilsvarende, til det inverse forholdet mellom brytningsindeksene.

Denne kalkulatoren lar deg bestemme brytningsvinkelen, kritisk vinkel og andre optiske egenskaper ved hjelp av Snells lov.

Hva vil du beregne?

? Brytningsindeksen for det første mediet (hvor lyset kommer fra). For luft under standardforhold, bruk omtrent 1.000.
? Brytningsindeksen for det andre mediet (hvor lyset går inn). For vann, bruk omtrent 1.333.
grader
? Vinkelen mellom den innfallende strålen og normalen til grensen (0-90 grader).

Visningsalternativer

? Viser hvordan brytningsindekser og vinkler varierer med bølgelengde (dispersjonseffekt). Vær oppmerksom på at dette er en omtrentlig modell.

Om Snells lov

Snells lov (også kjent som brytningsloven) beskriver forholdet mellom innfallsvinklene og brytningsvinklene når lys passerer gjennom grensen mellom to forskjellige isotrope medier, som luft, glass eller vann.

Den matematiske uttrykk:

Snells lov er matematisk uttrykt som:

n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂)

Hvor:

  • n₁ er brytningsindeksen for det første mediet
  • n₂ er brytningsindeksen for det andre mediet
  • θ₁ er innfallsvinkelen (målt fra normalen)
  • θ₂ er brytningsvinkelen (målt fra normalen)
Kritisk vinkel og total intern refleksjon:

Når lys passerer fra et medium med høyere brytningsindeks til et med lavere indeks (n₁ > n₂), finnes det en kritisk innfallsvinkel (θc) der det brytede lyset reiser langs grensen mellom de to mediene.

For innfallsvinkler større enn den kritiske vinkelen, reflekteres alt lys tilbake inn i det første mediet - et fenomen kalt total intern refleksjon.

Den kritiske vinkelen er gitt av:

θc = arcsin(n₂/n₁)
Brytningsindekser for vanlige materialer:
Materiale Brytningsindeks (omtrentlig)
Vakuum 1.0000 (nøyaktig)
Luft (ved STP) 1.0003
Vann 1.333
Ethanol 1.36
Kronglass 1.52
Flintglass 1.62
Diamant 2.42

Merk: Brytningsindekser varierer med bølgelengden av lys.

Nøkkelapplikasjoner:
  • Optiske systemer: Linser, prismer, fiberoptikk og andre optiske komponenter i kameraer, mikroskoper og teleskoper.
  • Gemologi: Glansen til diamanter og andre edelstener skyldes deres høye brytningsindekser.
  • Fiberoptisk kommunikasjon: Total intern refleksjon holder lysignalene inne i fiberoptiske kabler.
  • Medisinsk avbildning: Endoskoper og andre medisinske optiske instrumenter bruker prinsipper for brytning.
  • Atmosfærisk optikk: Mirage, regnbuer og stjernes blink er alle relatert til brytning.

Hva er Snells lov-kalkulatoren?

Snells lov-kalkulatoren er et verktøy som hjelper deg med å bestemme hvordan lys bøyes når det beveger seg mellom forskjellige materialer. Den bruker Snells lov, et grunnleggende prinsipp i fysikk, for å beregne vinkelen der lys brytes eller reflekteres.

Lys endrer retning når det reiser fra ett medium til et annet, for eksempel fra luft til vann eller fra glass til luft. Denne bøyningen skjer fordi forskjellige materialer har ulike brytningsindekser, som påvirker lysets hastighet.

Med denne kalkulatoren kan du beregne:

  • Brytningsvinkelen når lys går inn i et nytt medium.
  • Infallsvinkelen som trengs for å produsere en spesifikk brytning.
  • Kritisk vinkel der total intern refleksjon oppstår.
  • Brytningsindeksen til et materiale basert på lysoppførsel.

Formelen som brukes i kalkulatoren

Snells lov uttrykkes matematisk som:

n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)

Hvor:

  • n₁ – Brytningsindeksen til det første mediet.
  • n₂ – Brytningsindeksen til det andre mediet.
  • θ₁ – Infallsvinkelen (vinkelen der lys går inn i mediet).
  • θ₂ – Brytningsvinkelen (vinkelen der lys bøyes i det nye mediet).

For tilfeller der total intern refleksjon oppstår, beregnes den kritiske vinkelen (θc) som:

θc = arcsin(n₂ / n₁)

Her oppstår total intern refleksjon når lys beveger seg fra et tettere medium til et mindre tett medium (hvor n₁ > n₂).

Hvordan bruke kalkulatoren

Følg disse trinnene for å bruke Snells lov-kalkulatoren effektivt:

  1. Velg hva du vil beregne. Velg mellom brytningsvinkel, infallsvinkel, kritisk vinkel eller brytningsindeks.
  2. Angi brytningsindeksene. Skriv inn brytningsindeksen til det første og andre mediet. Du kan også velge vanlige materialpar fra en rullegardinliste.
  3. Oppgi nødvendig vinkel. Avhengig av beregningstypen, skriv inn enten infallsvinkelen eller brytningsvinkelen.
  4. Klikk "Beregn". Verktøyet vil umiddelbart beregne resultatet basert på Snells lov.
  5. Gjennomgå resultatene. Kalkulatoren vil vise de beregnede verdiene, inkludert vinkler og brytningsindekser. Hvis total intern refleksjon oppstår, vil resultatet indikere dette.

Hvorfor er Snells lov nyttig?

Snells lov er essensiell innen ulike felt, inkludert:

  • Optikk og linser: Hjelper med å designe briller, mikroskoper og kameraer.
  • Fiberoptisk kommunikasjon: Brukes til å overføre data effektivt gjennom optiske fibre.
  • Medisinsk avbildning: Viktig for teknologier som endoskoper som bruker lysbrytning.
  • Gemologi: Forklarer hvorfor diamanter glitrer på grunn av deres høye brytningsindeks.
  • Astronomi: Hjelper med å forstå atmosfærisk brytning og optiske illusjoner som luftspeilinger.

Ofte stilte spørsmål (FAQ)

1. Hva er brytningsindeksen?

Brytningsindeksen (n) til et materiale er et mål på hvor mye lys bremser ned når det reiser gjennom det. Luft har en brytningsindeks på omtrent 1,0003, vann er rundt 1,333, og glass varierer mellom 1,5 og 1,6.

2. Hva skjer hvis infallsvinkelen er større enn den kritiske vinkelen?

Hvis infallsvinkelen overstiger den kritiske vinkelen, brytes ikke lyset inn i det andre mediet. I stedet gjennomgår det total intern refleksjon og forblir i det første mediet.

3. Kan kalkulatoren håndtere forskjellige lysbølgelengder?

Ja, verktøyet lar deg inkludere bølgelengdeavhengige effekter. Brytningsindekser endres litt basert på lysets farge, noe som påvirker brytningsvinklene.

4. Hvorfor bøyes lys når det går inn i et nytt medium?

Lys bøyes fordi hastigheten endres når det beveger seg mellom materialer med forskjellige optiske tettheter. En høyere brytningsindeks betyr at lys bremser mer, noe som får det til å bøyes mot normalen.

5. Hva er noen eksempler på brytning i virkeligheten?

Brytning kan sees i:

  • Et sugerør som ser bøyd ut i et glass vann.
  • Måten linser i briller og kameraer fokuserer lys på.
  • Regnbuer som dannes på grunn av lysbrytning gjennom regndråper.
  • Den flimrende effekten på varme veier forårsaket av atmosfærisk brytning.

Konklusjon

Snells lov-kalkulatoren er et enkelt og kraftig verktøy for å forstå hvordan lys bøyes når det beveger seg gjennom forskjellige materialer. Enten du studerer fysikk, jobber med optiske systemer, eller bare er nysgjerrig på hvordan linser og prismer fungerer, gir dette verktøyet raske og nøyaktige beregninger basert på Snells lov.