Legge di Snell | Rifrazione, indice e applicazione

Legge di Snell

La legge di Snell, conosciuta anche come legge della rifrazione, descrive il rapporto tra gli angoli di incidenza e di rifrazione di un’onda quando attraversa un’interfaccia tra due mezzi diversi. La legge prende il nome da Willebrord Snell, matematico e astronomo olandese che la formulò nel 1621. Essa afferma che il rapporto tra il seno dell’angolo di incidenza (θ₁) e il seno dell’angolo di rifrazione (θ₂) è uguale al rapporto degli indici di rifrazione (n) dei due mezzi: n₁ * sin(θ₁) = n₂ * sin(θ₂). Qui, n₁ e n₂ rappresentano gli indici di rifrazione del primo e del secondo mezzo, rispettivamente.

L’indice di rifrazione di un mezzo è una misura di quanto la velocità della luce cambia quando entra in quel mezzo rispetto alla sua velocità nel vuoto. È correlato alla permittività (ε) e alla permeabilità (μ) del mezzo: n = √(ε * μ).

Quando la luce passa da un mezzo con indice di rifrazione inferiore a un mezzo con indice di rifrazione superiore, essa si piega verso la normale (la linea immaginaria perpendicolare all’interfaccia). Al contrario, quando la luce passa da un mezzo con indice di rifrazione superiore a un mezzo con indice di rifrazione inferiore, si piega lontano dalla normale.

La legge di Snell è un principio fondamentale nello studio dell’ottica e della propagazione delle onde elettromagnetiche. È utilizzata per spiegare vari fenomeni, come la deviazione della luce nelle lenti, la riflessione totale interna nelle fibre ottiche e la formazione degli arcobaleni. Inoltre, è essenziale per la progettazione di dispositivi ottici come lenti, prismi e fibre ottiche.

Indice di Rifrazione

L’indice di rifrazione (n) di un mezzo è una quantità adimensionale che descrive come la luce, o più in generale, le onde elettromagnetiche si propagano attraverso il mezzo. È definito come il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto (c) e la velocità della luce nel mezzo (v): n = c / v.

L’indice di rifrazione determina la misura in cui la luce viene piegata, o rifratta, quando entra nel mezzo da un altro mezzo. Un indice di rifrazione più alto indica che la luce viaggia più lentamente nel mezzo e viene piegata maggiormente quando entra o esce dal mezzo.

Ecco cinque esempi di materiali con i loro indici di rifrazione approssimativi:

• Aria: L’indice di rifrazione dell’aria è molto vicino a 1 (circa 1.0003 a temperatura e pressione standard). Poiché il valore è vicino a 1, la luce viene piegata solo leggermente quando entra o esce dall’aria da un altro mezzo come il vetro o l’acqua.
• Acqua: L’indice di rifrazione dell’acqua è di circa 1.33. La luce viene piegata in modo più significativo quando entra o esce dall’acqua rispetto all’aria, motivo per cui gli oggetti immersi in acqua possono apparire distorti o spostati dalle loro posizioni reali.
• Vetro di Corona: Il vetro di corona è un tipo di vetro ottico con un indice di rifrazione relativamente basso, tipicamente intorno a 1.52. Viene spesso utilizzato nella fabbricazione di lenti per occhiali, fotocamere e altri dispositivi ottici.
• Vetro di Flint: Il vetro di flint è un altro tipo di vetro ottico con un indice di rifrazione più alto, generalmente nell’intervallo da 1.60 a 1.70. Grazie al suo alto indice di rifrazione e alle proprietà di dispersione, è spesso utilizzato in combinazione con il vetro di corona per creare lenti acromatiche, che riducono le aberrazioni cromatiche nei sistemi ottici.
• Diamante: Il diamante ha un indice di rifrazione alto, circa 2.42. Questa proprietà, insieme alla sua alta dispersione, contribuisce alla brillantezza e al fuoco dei diamanti quando sono tagliati e lucidati per l’uso in gioielleria. L’alto indice di rifrazione causa una significativa piegatura della luce, che aiuta a creare lo scintillio e il riflesso associati ai diamanti.