Для того, чтобы найти траекторию луча, обычно решают дифференциальное уравнение следующего вида
Это уравнение для луча в том случае, когда параметром выступает длина кривой. В нашем случае плоскослоистой среды мы перейдем к другому параметру - глубине погружения y (отсчитываемой от 0 в положительную сторону), тогда несложно сообразить, что на этапе погружения луча в среду
Где θ - острый угол между касательной к лучу и поверхностью среды. Отметим также, что вектор d
R/dl по своей математической природе как раз и является касательным вектором единичной длины.
Поэтому перепишем уравнение
Отсюда мы получаем важное следствие
-------
Отступление: если мы находимся в рамках математики попроще, то последнее равенство, или даже закон сохранения можно объяснить качественно. Суть в том, что среда совершенно однородна вдоль оси X, направленной вдоль ее поверхности, поэтому проекция импульса фотона (волнового вектора электромагнитной волны) на ось Х должна сохраняться. Эта проекция равна nω/c*cos(θ), где ω - частота волны, c-скорость света в вакууме. Сокращая на ω/c получим тот же результат: неизменность произведения n*cos(θ)
--------------
Нас интересует случай, когда θ=0 и косинус равен 1, выразим отсюда глубину погружения
Отметим, что из-за совпадения показателей преломления на границе раздела однородной и неоднородной сред, дополнительного преломления не будет.