A lei de Snell descreve como a luz se curva quando cruza a fronteira entre dois meios transparentes - por que um lápis parece quebrado em um copo d'água, por que uma piscina parece mais rasa do que realmente é e por que cabos de fibra óptica podem transportar luz por quilômetros sem que ela escape. Esta calculadora aplica n1sinθ1 = n2sinθ2 para resolver o ângulo de refração, o ângulo crítico ou um índice de refração desconhecido.
Por que a luz se curva em um limite
A luz viaja em velocidades diferentes em diferentes meios – mais rápida no vácuo, mais lenta em qualquer coisa com massa para interagir, como vidro ou água. O índice de refração n = c/v captura o quanto a luz viaja mais lentamente em um determinado meio em comparação com o vácuo (c). Quando um raio cruza em um ângulo um meio com um índice diferente, uma borda da frente de onda desacelera (ou acelera) antes da outra, o que altera a direção do deslocamento. A lei de Snell, n1sinθ1 = n2sinθ2, é a consequência geométrica dessa mudança de velocidade e vale para qualquer par de meios transparentes.
O ângulo crítico e reflexão interna total
A reflexão interna total só acontece indo de um meio mais denso para um menos denso (n1 > n2), porque o ângulo de refração cresce mais rápido que o ângulo de incidência naquela direção. No ângulo crítico θc = asin(n2/n1), o raio refratado atingiria a superfície exatamente a 90°. Empurre o ângulo de incidência para além disso e a lei de Snell não terá solução válida – sin(θ2) precisaria exceder 1 – então toda a luz será refletida de volta para o meio mais denso. Este é o princípio físico por trás dos cabos de fibra óptica (a luz reflete em um núcleo de vidro por meio de TIR repetido) e por que o alto índice de refração de um diamante (2,42) proporciona a ele um ângulo crítico tão pequeno e um brilho dramático.
Limites e casos extremos
Esta calculadora assume um meio ideal, não absorvente e não dispersivo — ela não leva em conta a dispersão cromática (diferentes comprimentos de onda de curvatura da luz em quantidades ligeiramente diferentes, e é por isso que um prisma divide a luz branca em um arco-íris), nem as equações de Fresnel que determinam quanta luz reflete versus refrata na fronteira. Os índices de refração também variam ligeiramente com o comprimento de onda e a temperatura; as predefinições usam aproximações padrão de luz visível. Sempre meça ângulos a partir da normal, não da superfície — uma fonte comum de erros de 90°.