קשית שבורה
העמידו קשית בכוס מים והסתכלו מהצד. במקום שבו היא נכנסת למים היא נראית מקופלת, כאילו נשברה. הקשית שלמה. מה שמשנה כיוון הוא האור שמגיע ממנה: בדרכו אל העין שלכם הוא עובר ממים לאוויר, ובגבול ביניהם הוא נשבר. המוח שלכם מניח שהאור נע בקווים ישרים, ולכן הוא ממקם את החלק של הקשית שמתחת למים במקום הלא נכון. אותו תעתוע גורם לבריכת שחייה להיראות רדודה ממה שהיא באמת, בערך ברבע.
הסטייה הזאת בגבול נקראת שבירה, והיא מתרחשת בכל פעם שאור עובר באלכסון מחומר שקוף אחד לחומר שקוף אחר.
איטי יותר בזכוכית
בחלל ריק האור נע במהירות של כמעט 300,000 קילומטרים בשנייה, ובאוויר כמעט באותה מהירות. במים הוא מאט לכשלושה רבעים מזה, ובזכוכית רגילה לכשני שלישים. היחס בין מהירות האור בריק למהירות שלו בחומר הוא מקדם השבירה של החומר, n: 1.33 למים, כ־1.5 לזכוכית ו־2.42 ליהלום.
חשבו על קרן אור כעל חזית רחבה של צועדים. כשהיא פוגעת בזכוכית באלכסון, קצה אחד של החזית נכנס ראשון ומאט, בזמן שהקצה השני עדיין דוהר באוויר. החזית מסתובבת, כמו שורת צועדים שפונה הצידה כשקצה אחד שלה עולה על בוץ. בפגיעה חזיתית שני הקצוות מאטים יחד, והקרן עוברת ישר בלי להישבר.
חוק סנל
השבירה אינה שרירותית. מדדו כל זווית מהאנך, הקו הניצב למשטח, והזוויות מצייתות לקשר
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂.
בכניסה לחומר שמקדם השבירה שלו גבוה יותר, הקרן נשברת לכיוון האנך; ביציאה ממנו, היא נשברת הרחק מהאנך. המלומד הפרסי אבן סהל תיאר את הקשר הזה במאה העשירית, ובשנת 1621 גילה אותו מחדש וילברורד סנל. הזוויות בסצנה מחושבות לפי הכלל הזה בכל משטח שהקרן פוגשת.
נסו: בחרו אל תוך הזכוכית, קבעו את זווית הפגיעה על 60°, ואז החליפו את מקדם השבירה ממים ליהלום. בחרו פועל תחת הצגת אנכים וזוויות כדי לקרוא את שתי הזוויות בזמן שהקרן נשברת חזק יותר.
שימו לב גם לקרן השנייה, העמומה. חלק מהאור תמיד מוחזר מהמשטח במקום לעבור דרכו: כ־4 אחוזים כשהאור פוגע בזכוכית בפגיעה חזיתית, ויותר בזוויות משיקות.
לכוד בפנים
עכשיו בחרו החוצה מהזכוכית. הקרן נכנסת לצד המעוקל של חצי הגליל לאורך רדיוס, ולכן היא לא נשברת שם, ופוגעת בצד השטוח מבפנים. ביציאה היא נשברת הרחק מהאנך, וככל שתגדילו את הזווית, הקרן היוצאת תסתובב ותתקרב לתנועה צמודה לאורך המשטח. בזווית הקריטית היא הייתה יוצאת בדיוק לאורך המשטח: כ־49° במים, 42° בזכוכית ו־24° ביהלום. מעבר לה, לחוק סנל אין פתרון, וכל האור, בלי שום שארית, מוחזר פנימה. זו החזרה פנימית מלאה, והיא מושלמת: שום ציפוי של מראה לא מתקרב אליה.
סיבים אופטיים משתמשים בה כדי להוביל אור לאורך קילומטרים, כשהוא מוחזר מהדפנות שלהם בזוויות משיקות. הזווית הקריטית הקטנה של היהלום לוכדת את האור שנכנס אליו עד שהוא מוצא דרך החוצה דרך אחת הפאות, וזו אחת הסיבות לכך שיהלום מלוטש היטב נוצץ.
מה המודל הזה משמיט
הסצנה עוקבת אחרי קרן צרה אחת בצבע יחיד, ולכן היא מסתירה את הנפיצה: מקדם השבירה שונה מעט לכל צבע, וזה מה שמפצל אור לבן במנסרה. האור האמיתי הוא גם גל, וחלק קטן ממנו דולף אל מעבר למשטח שמחזיר אותו במלואו, למרחק של חלק מאורך גל; הסצנה מציירת רק קרניים. קרני אור אמיתיות נראות רק במקומות שבהם אבק או אובך מפזרים אותן, ועוצמת ההחזרה תלויה גם באופן שבו האור מקוטב, והמודל לוקח ממוצע על פני הקיטובים.