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Analizziamo cosa accade quando un raggio luminoso che si propaga in una sostanza A (per esempio il vetro) raggiunge l'interfaccia tra la sostanza A e una sostanza B che ha indice di rifrazione minore (per esempio l'aria).

Il disegno che trovi a questo link:

http://www.torinoscienza.it/img/orig/it/s00/00/000...

in alto mostra che se l'angolo d'incidenza i non è troppo grande, il raggio si divide in due parti: una parte della luce è riflessa nella sostanza A, mentre un'altra parte è rifratta e si propaga nella sostanza B, allontanandosi però dalla perpendicolare alla superficie di separazione tra le due sostanze (r > i).

Quest'ultimo fenomeno, detto rifrazione, è descritto quantitativamente dalla formula chiamata legge di Snell:

nA sen i = nB sin r .

Al crescere dell'angolo d'incidenza della luce cresce anche l'angolo di rifrazione; inoltre la percentuale di luce riflessa aumenta mentre quella rifratto diminuisce.

Esiste un angolo di incidenza critico, o angolo limite, per il quale si ha r = 90°: il raggio rifratto cioè diventa parallelo alla superficie di separazione.

Per la legge di Snell, quest'angolo limite è dato da:

iLIM = arcsen (nB/ nA).

Quando l'angolo di incidenza supera l'angolo limite, il raggio incidente non penetra più nella sostanza B ed è interamente riflesso alla superficie di separazione (con un angolo eguale all'angolo di incidenza) e si ha la cosiddetta riflessione totale illustrata dal disegno in basso.

Nel vetro, che può avere indice di rifrazione compreso tra 1.5 e 1.9, l'angolo limite rispetto all'aria può variare tra i 30° e i 40°. Nell'acqua e aria, il cui indice di rifrazione vale 1.33, l'angolo limite rispetto all'aria è pari a circa 50°.