- Zasady falowej teorii światła Huygensa
- Odbicie
- Pierwsze prawo
- Drugie prawo
- Refrakcja
- Dyfrakcja
- Pytania bez odpowiedzi dotyczące teorii Huygensa
- Odzyskiwanie modelu falowego
- Bibliografia
Teorię falową Huygens określone światło jak fala, podobnie jak dźwięk lub fale mechaniczne wytworzonych w wodzie. Z drugiej strony Newton twierdził, że światło składa się z cząstek materialnych, które nazwał ciałkami.
Światło zawsze wzbudzało zainteresowanie i ciekawość ludzi. W ten sposób, od samego początku, jednym z podstawowych problemów fizyki było odkrywanie tajemnic światła.
Christiaan huygens
Z tych powodów w historii nauki istniały różne teorie, które próbowały wyjaśnić jej prawdziwą naturę.
Jednak dopiero pod koniec XVII i na początku XVIII wieku, wraz z teoriami Izaaka Newtona i Christiaana Huygensa, zaczęto budować podwaliny pod głębsze zrozumienie światła.
Zasady falowej teorii światła Huygensa
W 1678 roku Christiaan Huygens sformułował swoją falową teorię światła, którą później opublikował w 1690 roku w swoim Traktacie o świetle.
Holenderski fizyk zaproponował, że światło jest emitowane we wszystkich kierunkach jako zestaw fal, które wędrują przez ośrodek, który nazwał eterem. Ponieważ grawitacja nie ma wpływu na fale, założył, że prędkość fal zmniejszy się, gdy wejdą w gęstszy ośrodek.
Jego model był szczególnie pomocny w wyjaśnianiu prawa odbicia i załamania Snella-Kartezjusza. W zadowalający sposób wyjaśnił również zjawisko dyfrakcji.
Jego teoria była zasadniczo oparta na dwóch koncepcjach:
a) Źródła światła emitują fale o kształcie kulistym, podobne do fal występujących 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 ośrodkiem emitującym fale wtórne, które są emitowane z taką samą częstotliwością i szybkością jak fale pierwotne. Nieskończoność fal wtórnych nie jest postrzegana, więc fala wynikająca z tych fal wtórnych jest ich obwiednią.
Jednak teoria fal Huygensa nie została zaakceptowana przez ówczesnych naukowców, z nielicznymi wyjątkami, takimi jak teoria Roberta Hooke'a.
Ogromny prestiż Newtona i wielki sukces, jaki odniosła jego mechanika, wraz z problemami w zrozumieniu pojęcia eteru, skłoniły większość współczesnych naukowców do opowiedzenia się za korpuskularną teorią angielskiego fizyka.
Odbicie
Odbicie jest zjawiskiem optycznym, które zachodzi, gdy fala pada ukośnie na powierzchnię rozdzielającą między dwoma ośrodkami i ulega zmianie kierunku, powracając do pierwszego ośrodka wraz z częścią energii ruchu.
Prawa refleksji są następujące:
Pierwsze prawo
Odbity promień, incydent i normalna (lub prostopadła) znajdują się w tej samej płaszczyźnie.
Drugie prawo
Wartość kąta padania jest dokładnie taka sama, jak kąt odbicia.
Zasada Huygensa pozwala nam zademonstrować prawa refleksji. Stwierdzono, że gdy fala dociera do separacji mediów, każdy punkt staje się nowym ogniskiem emitera emitującym fale wtórne. Odbite czoło fali jest otoczką fal wtórnych. Kąt tego odbitego czoła fali wtórnej jest dokładnie taki sam, jak kąt padania.
Refrakcja
Jednak załamanie jest zjawiskiem, które zachodzi, gdy fala uderza ukośnie w szczelinę między dwoma ośrodkami, które mają inny współczynnik załamania światła.
Kiedy tak się dzieje, fala przenika i jest przekazywana przez pół sekundy wraz z częścią energii ruchu. Załamanie występuje w wyniku różnej prędkości, z jaką fale rozchodzą się w różnych ośrodkach.
Typowy przykład zjawiska załamania światła można zaobserwować, gdy przedmiot (na przykład ołówek lub długopis) jest częściowo włożony do szklanki z wodą.
Zasada Huygensa dostarczyła przekonującego wyjaśnienia refrakcji. Punkty na czole fali, znajdujące się na granicy między dwoma ośrodkami, pełnią rolę nowych źródeł propagacji światła, a tym samym zmiany kierunku propagacji.
Dyfrakcja
Dyfrakcja to charakterystyczne fizyczne zjawisko fal (występuje we wszystkich typach fal) polegające na odchylaniu się fal, gdy napotykają przeszkodę na swojej drodze lub przechodzą przez szczelinę.
Należy pamiętać, że dyfrakcja zachodzi tylko wtedy, gdy fala jest zniekształcona przez przeszkodę, której wymiary są porównywalne z długością fali.
Teoria Huygensa wyjaśnia, że kiedy światło pada na szczelinę, wszystkie punkty w jej płaszczyźnie stają się wtórnymi źródłami fal, emitując, jak wcześniej wyjaśniono, nowe fale, które w tym przypadku nazywane są falami ugiętymi.
Pytania bez odpowiedzi dotyczące teorii Huygensa
Zasada Huygensa pozostawiła szereg pytań bez odpowiedzi. Jego twierdzenie, że każdy punkt na froncie fali był z kolei źródłem nowej fali, nie wyjaśniło, dlaczego światło rozchodzi się zarówno do tyłu, jak i do przodu.
Podobnie wyjaśnienie pojęcia eteru nie było w pełni satysfakcjonujące i było jednym z powodów, dla których jego teoria nie została początkowo zaakceptowana.
Odzyskiwanie modelu falowego
Dopiero w XIX wieku odzyskano model falowy. To głównie dzięki wkładowi Thomasa Younga, któremu udało się wyjaśnić wszystkie zjawiska świetlne na podstawie tego, że światło jest falą podłużną.
W szczególności w 1801 roku przeprowadził swój słynny eksperyment z podwójną szczeliną. W tym eksperymencie Young zweryfikował wzór interferencji w świetle z odległego źródła światła, gdy ugiął się po przejściu przez dwie szczeliny.
W ten sam sposób Young wyjaśnił również za pomocą modelu fal rozpraszanie 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 eksperyment ten okazał się kluczem do zademonstrowania dualizmu falowego światła, będącego podstawową cechą mechaniki kwantowej.
Bibliografia
- Burke, John Robert (1999). Fizyka: natura rzeczy. Meksyk DF: International Thomson Editores.
- „Christiaan Huygens”. Encyklopedia światowej biografii. 2004. Encyclopedia.com. (14 grudnia 2012).
- Tipler, Paul Allen (1994). Fizyczny. Wydanie trzecie. Barcelona: Odwróciłem się.
- Poprawiona zasada propagacji fal Davida AB Millera Huygensa, Optics Letters 16, str. 1370-2 (1991)
- Zasada Huygensa - Fresnela (nd). W Wikipedii. Pobrane 1 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
- Światło (nd). W Wikipedii. Pobrane 1 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
Eksperyment Younga (nd). Na Wikipedii. Pobrane 1 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.