In der Physik gibt das Snell-Gesetz die Gleichung an, die beschreibt, wie Licht gebrochen wird, wenn es von einem Medium in ein anderes gelangt. Mit der Gleichung des Snell-Gesetzes kann die Größe des Winkels bestimmt werden, den das Licht biegt. Um den Brechungswinkel zu bestimmen, müssen der Anfangswinkel des Lichts und der Brechungsindex der beiden Materialien bekannt sein.
Wenn sich Wellen von einem Medium zum anderen bewegen, zum Beispiel von Luft zu Wasser, biegen sie sich oder ändern ihre Richtung. Dieses Phänomen wird Brechung genannt. Der Grund für die Biegung ist, dass sich Wellen in verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Licht ist ein Beispiel für eine Welle, die gebrochen wird, wenn sie sich durch verschiedene Medien bewegt.
Der anfängliche und der gebogene Winkel eines Lichtstrahls werden basierend auf dem Verhältnis zur Normalen gemessen. Die Normale ist eine gerade Linie, die senkrecht oder im rechten Winkel zur Oberfläche steht, an der das Licht in das Medium eintritt. Der Einfallswinkel ist der Winkel, den das Licht mit der Normalen auf der Oberfläche bildet. Der Brechungswinkel ist der Winkel, um den das Licht innerhalb des neuen Mediums zur Normalen hin oder von dieser weg gebrochen wird.
Zum Beispiel durchdringt ein Lichtstrahl ein Material mit einem Brechungsindex von X und tritt in ein anderes Material mit einem Brechungsindex von Y ein. Der Einfallswinkel ist x und der Brechungswinkel wäre y. Unter Verwendung der gegebenen Variablen würde das Snell-Gesetz wie folgt geschrieben: X*sine(x) = Y*sine(y). Um den Brechungswinkel zu ermitteln, kann die Gleichung in Sinus(y) = X*Sinus(x)/Y oder y = Arcsin(X*Sinus(x)/Y) umgeschrieben werden.
Die Dichte des Mediums, in dem sich das Licht bewegt, bestimmt die Lichtgeschwindigkeit. Bewegt sich der Lichtstrahl in ein dichteres Medium, wird er verlangsamt, sodass der Strahl zur Normalen gebogen wird. Eine Biegung zur Normalen macht den Brechungswinkel kleiner als den Einfallswinkel. Bewegt sich das Licht in ein weniger dichtes Medium, wird es beschleunigt, wodurch es sich von der Normalen wegbiegt und der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel wird.
Wenn sich beispielsweise ein Lichtstrahl von der Luft ins Wasser bewegt und in einem Winkel von 30 Grad in das Wasser eintritt, können wir das Snell-Gesetz verwenden, um herauszufinden, wie stark sich das Licht oder y biegt. Der Brechungsindex von Luft beträgt 1, für Wasser 1.33. Unter Verwendung der zuvor angegebenen Gleichung ist y = arcsin(1*sine(30)/1.33). sinus(30) = 0.5, also y = arcsin(0.5/1.33) = 22.1. Somit beträgt der Brechungswinkel von Licht, das in einem Winkel von 30 Grad in Wasser eindringt, 22.1 Grad.