חוק סנל

שבירה של קרן אור בעת מעבר בין שני תווכים בעלי מקדם שבירה שונה

חוֹק סְנֶל הוא חוק טבע העוסק בשבירה של קרניים במעבר בין שני תווכים בעלי מקדם שבירה שונה, כלומר תווכים בהם מהירות האור שונה. החוק קרוי על שם המתמטיקאי ההולנדי וילברורד סנל, שגילה אותו בשנת 1626. אולם סנל לא היה הראשון שגילה את החוק: ההיסטוריון רושדי רשד טען, שניסוח של החוק אפשר למצוא בכתביו של איבן סאל משנת 984 לסה"נ. בנוסף לכך ידוע שתומאס הריוט, בן זמנו של סנל מאוקספורד, גילה את החוק ב-1602 אולם, כמו סנל, מעולם לא פרסם את ממצאיו. רנה דקארט, בזמן שהותו בליידן, ניסח את החוק לראשונה על ידי שימוש בפונקציית הסינוס (ראו להלן), והוא מופיע בספרו "מאמר על המתודה" משנת 1637. מאוחר יותר האשים הויגנס (שקרא את מחברותיו של סנל) את דקארט בגניבה ספרותית. בצרפת נקרא חוק סנל עד עצם היום הזה "חוק דקארט" או "חוק סנל-דקארט."

החוק קובע כי: $n_{2}\sin(\theta _{2})=n_{1}\sin(\theta _{1})$

• $n_{1}$ מקדם השבירה של התווך הראשון.
• $n_{2}$ מקדם השבירה של התווך השני.
• $\theta _{1}$ זווית הפגיעה.
• $\theta _{2}$ זווית השבירה.

יש לשים לב שהזויות נמדדות מהאנך לקו מפגש התווכים. לדוגמה, שימוש בחוק סנל מראה שאם קרן אור חודרת בזווית של 50° מהאנך למשטח, מהאוויר (שמקובל להניח בחישובים שמקדם השבירה שלו הוא 1) לתוך זכוכית (עם מקדם שבירה של 1.5) הרי שבתוך הזכוכית היא תתקדם בזווית של כ-30° לאנך. תופעה דומה ניתן לראות כשמביטים בכפית שנמצאת בכוס מים, ולמרות שידוע שצורתה ישרה, נראה שחלקה השקוע במים עקום ביחס לזה שבולט לאוויר.

כאשר קרן עוברת בין חומר עם מקדם שבירה גבוה לחומר עם מקדם שבירה נמוך, עשוי להיווצר מצב שבו סינוס זווית היציאה גדול מ-1. במקרה כזה לא תתרחש שבירה, אלא קרן האור תוחזר במלואה. תופעה כזאת נקראת החזרה גמורה. הזווית שהחל ממנה הקרן תוחזר בהחזרה גמורה מכונה "זווית קריטית".

חוק סנל שימושי מאוד, והוא עוזר לגלות זוויות רלוונטיות לחישובים ולפיתוחי מכשירים אופטיים המבוססים על עדשות.

חזיתות גל ממקור נקודתי במעבר לתווך בעל מקדם שבירה גבוה יותר בו מהירות האור נמוכה יותר

ראו גם

• נוסחת לוטשי העדשות
• עקרון פרמה
• החזרה גמורה
• חוקי פרנל