Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng đổi hướng khi đi từ một môi trường này sang một môi trường khác có chiết suất khác nhau. Sự đổi hướng này xảy ra do sự thay đổi vận tốc của ánh sáng trong các môi trường khác nhau. Khi ánh sáng đi vào môi trường có chỉ số khúc xạ lớn hơn, ánh sáng sẽ bị khúc xạ về phía pháp tuyến; ngược lại, khi vào môi trường có chỉ số khúc xạ nhỏ hơn, ánh sáng sẽ bị khúc xạ ra xa pháp tuyến.

Khi tia sáng truyền từ không khí vào nước (không khí có chỉ số khúc xạ khoảng 1,00 và nước có chỉ số khúc xạ khoảng 1,33), ta có thể áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, được biểu diễn bằng công thức Snell:

\[
n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2)
\]

Trong đó:
- \( n_1 \) là chỉ số khúc xạ của môi trường đầu tiên (không khí, \( n_1 \approx 1,00 \)).
- \( n_2 \) là chỉ số khúc xạ của môi trường thứ hai (nước, \( n_2 \approx 1,33 \)).
- \( \theta_1 \) là góc tới (góc giữa tia sáng tới và pháp tuyến).
- \( \theta_2 \) là góc khúc xạ (góc giữa tia sáng khúc xạ và pháp tuyến).

Khi muốn tìm góc khúc xạ \( \theta_2 \), ta có thể sắp xếp lại công thức như sau:

\[
\sin(\theta_2) = \frac{n_1 \cdot \sin(\theta_1)}{n_2}
\]

Sau đó, để tìm \( \theta_2 \), sử dụng hàm lượng giác ngược:

\[
\theta_2 = \arcsin\left(\frac{n_1 \cdot \sin(\theta_1)}{n_2}\right)
\]

Thông qua công thức trên, ta có thể tính được góc khúc xạ khi tia sáng đi từ không khí vào nước.