Wave Theory of Huygens Light

The falowa teoria światła Huygens definiuje światło jako falę, podobnie jak fale dźwiękowe lub mechaniczne, które występują w wodzie. Z drugiej strony Newton potwierdził, że światło zostało utworzone przez cząstki materialne, do których nazywał ciałka.

Światło zawsze budziło zainteresowanie i ciekawość istoty ludzkiej. W ten sposób od samego początku jednym z podstawowych problemów fizyki było odkrycie tajemnic światła.

Z tych powodów w całej historii nauki istniały różne teorie, które mają wyjaśniać ich prawdziwą naturę.

Jednak dopiero pod koniec XVII wieku i na początku XVIII wieku, wraz z teoriami Izaaka Newtona i Christiaana Huygensa, podstawy głębszej znajomości światła zaczęły być układane.

Zasady falowej teorii światła Huygensa

W 1678 r. Christiaan Huygens sformułował swoją falową teorię światła, którą później, w 1690 r., Opublikował w swojej pracy Traktat o świetle. 

Holenderski fizyk zaproponował, aby światło było emitowane we wszystkich kierunkach jako zestaw fal poruszających się po medium, które nazwał eterem. Ponieważ grawitacja nie wpływa na fale, zakładała, że ​​prędkość fal została zmniejszona, gdy weszły w gęstsze medium.

Jego model okazał się szczególnie przydatny w wyjaśnianiu prawa Snell-Descartesa do odbicia i załamania. Zadowalająco wyjaśnił także zjawisko dyfrakcji.

Jego teoria opierała się zasadniczo na dwóch pojęciach:

a) Źródła światła emitują fale o kulistym kształcie, podobne do fal, które występują na powierzchni wody. W ten sposób promienie świetlne są definiowane przez linie, których kierunek jest prostopadły do ​​powierzchni fali.

b) Każdy punkt fali jest z kolei nowym centrum emiterów fal wtórnych, które są emitowane z tą samą częstotliwością i prędkością, które charakteryzują fale pierwotne. Nieskończoność fal wtórnych nie jest postrzegana, więc fala wynikająca z tych fal wtórnych jest jej otoczką.

Jednak teoria fal Huygensa nie została zaakceptowana przez naukowców jego czasów, z wyjątkiem kilku wyjątków, takich jak Robert Hooke's.

Ogromny prestiż Newtona i wielki sukces, który osiągnął swoją mechanikę wraz z problemami zrozumienia pojęcia eteru, sprawiły, że większość współczesnych naukowców obaj opowiedzieli się za korpuskularną teorią angielskiego fizyka.

Odbicie

Odbicie jest zjawiskiem optycznym, które ma miejsce, gdy fala uderza ukośnie na powierzchni separacji między dwoma mediami i ulega zmianie kierunku, wracając do pierwszego medium wraz z częścią energii ruchu.

Prawa refleksji są następujące:

Pierwsze prawo

Odbity promień, incydent i normalny (lub prostopadły) znajdują się w tej samej płaszczyźnie.

Drugie prawo

Wartość kąta padania jest dokładnie taka sama jak kąt odbicia.

Zasada Huygensa pozwala zademonstrować prawa odbicia. Sprawdza się, że gdy fala osiąga separację mediów, każdy punkt staje się nowym źródłem emitującym fale wtórne. Czoło fali odbitej jest otoczką fal wtórnych. Kąt tego odbitego czoła fali wtórnej jest dokładnie taki sam jak kąt padania.

Załamanie

Jednak refrakcja jest zjawiskiem, które występuje, gdy fala uderza ukośnie w szczelinę między dwoma mediami, które mają inny współczynnik załamania światła.

Gdy tak się dzieje, fala przenika i jest przekazywana przez drugi nośnik wraz z częścią energii ruchu. Refrakcja występuje w wyniku różnej prędkości, z jaką fale propagują się w różnych mediach.

Typowy przykład zjawiska załamania można zaobserwować, gdy obiekt jest częściowo wstawiony (na przykład długopis lub długopis) do szklanki wody.

Zasada Huygensa dostarczyła przekonującego wyjaśnienia na temat refrakcji. Punkty na czole fali znajdujące się na granicy między dwoma mediami działają jak nowe źródła propagacji światła, a tym samym kierunek zmian propagacji.

Dyfrakcja

Dyfrakcja jest zjawiskiem fizycznym charakterystycznym dla fal (występuje we wszystkich typach fal), który polega na odchyleniu fal, gdy znajdą przeszkodę na swojej drodze lub przejdą przez szczelinę.

Należy pamiętać, że dyfrakcja występuje tylko wtedy, gdy fala jest zniekształcona z powodu przeszkody, której wymiary są porównywalne z jej długością fali..

Teoria Huygensa wyjaśnia, że ​​kiedy światło pada na szczelinę, wszystkie punkty jego płaszczyzny stają się wtórnymi źródłami fal emitujących, jak już wcześniej wyjaśniono, nowe fale, które w tym przypadku otrzymują nazwę załamanych fal.

Pytania bez odpowiedzi z teorii Huygensa

Zasada Huygensa pozostawiła szereg pytań bez odpowiedzi. Jego twierdzenie, że każdy punkt czoła fali był z kolei źródłem nowej fali, nie wyjaśniało, dlaczego światło propaguje zarówno do tyłu, jak i do przodu.

Podobnie wyjaśnienie pojęcia eteru nie było całkowicie zadowalające i było jednym z powodów, dla których jego teoria początkowo nie została zaakceptowana.

Odzyskiwanie modelu falowego

Dopiero w XIX wieku odzyskano model falowy. To głównie dzięki wkładowi Thomasa Younga, który był w stanie wyjaśnić wszystkie zjawiska światła na podstawie tego, że światło jest falą podłużną.

W szczególności w 1801 roku przeprowadził słynny eksperyment z podwójną szczeliną. W tym eksperymencie Young przetestował wzór interferencji światła pochodzącego z odległego źródła światła, gdy ugiął się po przejściu przez dwie szczeliny.

Podobnie Young wyjaśnił również za pomocą modelu falowego rozproszenie białego światła w różnych kolorach tęczy. Pokazał, że w każdym medium każdy z kolorów tworzących światło ma charakterystyczną częstotliwość i długość fali.

W ten sposób dzięki temu eksperymentowi zademonstrował falową naturę światła.

Co ciekawe, z biegiem czasu ten eksperyment okazał się kluczem do wykazania podwójnej fali ciałkowej światła, która jest podstawową cechą mechaniki kwantowej.

Referencje

1. Burke, John Robert (1999). Fizyka: natura rzeczy. Mexico City: International Thomson Editors. 
2. „Christiaan Huygens.” Encyklopedia światowej biografii. 2004. Encyclopedia.com. (14 grudnia 2012 r.).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizyka 3rd Edition. Barcelona: Reverté.
4. Poprawiono zasadę propagacji fali Davida A. B. Millera Huygensa, Listy optyczne 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Zasada Huygensa-Fresnela (n.d.). W Wikipedii. Źródło: 1 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
6. Światło (n.d.). W Wikipedii. Źródło: 1 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.

7. Eksperyment Younga (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 1 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.