Quando um feixe de luz incide em uma superfície líquida é refletido por esta e desviado (isto é refratado), ao penetrar na água. O feixe incidente é representado por uma reta única , o raio incidente, paralelo ao sentido de propagação. Supondo que o feixe incidente seja um onda plana, com as frentes de onda normais ao raio incidente. Os feixes, refletido e refratado, são também representados pelos raios respectivos. Os ângulo de incidência θ, de reflexão θ' e o de refração θ'' são medidos entre a normal à superfície (que é o plano perpendicular ao plano de incidência) e o raio correspondente, como mostra a figura.
As leis que governam a reflexão e a refração são de fácil constatação experimental.
1º Os raios refletidos, refratados e incidente pertencer a um mesmo plano.
2º Na reflexão o ângulo de incidência tem mesmo valor que o ângulo de reflexão.
Assim: θ = θ'
3º Para a reflexão temos que:
Onde n2 é uma constante, chamada índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1.
A refração da luz depende diretamente do comprimento de onda, assim foi possível para Newton mostrar o espectro da luz utilizando um prisma.
A lei da reflexão já era conhecida por Euclides. A da refração foi descoberta por Willebrod Snell (1591-1626) e deduzida da primitiva teoria corpuscular da luz por René Descartes (1596-1650) , é conhecida como Lei de Snell-Descartes.
Para analisarmos um pouco de física moderna:
As leis de reflexão e refração podem ser deduzidas das equações de Maxwell, o que significa que devem ser válidas em todas as regiões do espectro magnético.Existe uma ampla comprovação experimental desta teoria, sendo que sempre seu comportamento é perfeitamente satisfatório para a teoria adotada.