- Принципи на вълновата теория на светлината на Хюйгенс
- размисъл
- Първи закон
- Втори закон
- пречупване
- дифракция
- Неотговорените въпроси на теорията на Хюйгенс
- Възстановяване на вълновия модел
- Препратки
В теорията на вълната на светлината Хюйгенс дефинирани светлина като вълна, подобен на звука или механични вълни, произведени във водата. От друга страна, Нютон твърди, че светлината се състои от материални частици, които той нарича корпускули.
Светлината винаги е будила човешки интерес и любопитство. По този начин от създаването му един от основните проблеми на физиката е разкриването на мистериите на светлината.
Кристиански хуйгени
Поради тези причини през цялата история на науката има различни теории, които се опитват да обяснят истинската й същност.
Но едва в края на седемнадесети и началото на осемнадесети век с теориите на Исаак Нютон и Кристиаан Хюйгенс започват да се полагат основите за по-дълбоко разбиране на светлината.
Принципи на вълновата теория на светлината на Хюйгенс
През 1678 г. Кристиан Хюйгенс формулира своята вълнова теория за светлината, която по-късно публикува през 1690 г. в своя Трактат за светлината.
Холандският физик предложи светлината да се излъчва във всички посоки като набор от вълни, които пътуват през среда, която той нарича етер. Тъй като вълните не са засегнати от гравитацията, той предположи, че скоростта на вълните ще намалее, когато те навлязат в по-плътна среда.
Моделът му беше особено полезен при обяснението на закона на Снел-Декарт за отражение и пречупване. То също задоволително обясни феномена на дифракцията.
Неговата теория беше основана на две концепции:
а) Светлинните източници излъчват сферични вълни, подобни на вълните, които се появяват на повърхността на водата. По този начин светлинните лъчи се определят от линии, чиято посока е перпендикулярна на повърхността на вълната.
б) Всяка точка на вълната от своя страна е нов излъчващ център за вторични вълни, които се излъчват със същата честота и скорост, които характеризират първичните вълни. Безкрайността на вторичните вълни не се възприема, така че вълната, получена от тези вторични вълни, е тяхната обвивка.
Вълновата теория на Хюйгенс обаче не е приета от учените от неговото време, с малки изключения като тази на Робърт Хук.
Огромният престиж на Нютон и големият успех, които неговата механика постигна, заедно с проблемите за разбиране на концепцията на етера, накараха повечето от съвременните учени да изберат корпускуларната теория на английския физик.
размисъл
Отражението е оптичен феномен, който се случва, когато вълна се наклони наклонено върху разделителна повърхност между две среди и претърпя промяна на посоката, като се връща към първата среда заедно с част от енергията на движението.
Законите на размисъл са следните:
Първи закон
Отразеният лъч, падащият и нормалният (или перпендикулярният) са разположени в една и съща равнина.
Втори закон
Стойността на ъгъла на падане е точно същата като тази на ъгъла на отражение.
Принципът на Хюйгенс ни позволява да демонстрираме законите на размисъл. Установено е, че когато една вълна достигне разделянето на средата, всяка точка се превръща в нов фокус на емитер, излъчващ вторични вълни. Отразената вълна е обвивката на вторичните вълни. Ъгълът на този отразен вторичен вълнен фронт е точно същият като ъгъла на падане.
пречупване
Пречупването обаче е феноменът, който се случва, когато една вълна косо се намесва в пропаст между две среди, които имат различен показател на пречупване.
Когато това се случи, вълната прониква и се предава за половин секунда заедно с част от енергията на движението. Пречупването възниква като следствие от различната скорост, с която вълните се разпространяват в различните среди.
Типичен пример за феномена на пречупване може да се наблюдава, когато предмет (например молив или химикалка) е частично поставен в чаша вода.
Принципът на Хюйгенс дава убедително обяснение за пречупването. Точките на вълновия фронт, разположени на границата между двете медии, действат като нови източници на разпространение на светлината и по този начин посоката на разпространение се променя.
дифракция
Дифракцията е характерен физически феномен на вълните (среща се при всички видове вълни), който се състои в отклонението на вълните, когато срещнат препятствие по пътя си или преминават през процеп.
Трябва да се има предвид, че дифракцията възниква само когато вълната е изкривена от препятствие, чиито размери са сравними с дължината на вълната.
Теорията на Хюйгенс обяснява, че когато светлината падне върху процепа, всички точки в нейната равнина стават вторични източници на вълни, излъчвайки, както беше обяснено по-рано, нови вълни, които в този случай се наричат дифракционни вълни.
Неотговорените въпроси на теорията на Хюйгенс
Принципът на Хюйгенс остави поредица от въпроси без отговор. Твърдението му, че всяка точка на фронта на вълната от своя страна е източник на нова вълна, не успя да обясни защо светлината се разпространява и назад, и напред.
По същия начин, обяснението на понятието етер не е напълно задоволително и е една от причините първоначално неговата теория да не е приета.
Възстановяване на вълновия модел
Едва през 19 век вълнообразният модел е възстановен. Благодарение на приноса на Томас Йънг, който успя да обясни всички явления на светлината въз основа на това, че светлината е надлъжна вълна.
По-конкретно през 1801 г. той провежда своя известен експеримент с двойни цепки. С този експеримент Йънг провери интерферентен модел на светлина от далечен светлинен източник, когато той се дифрактира след преминаване през две прорези.
По същия начин Йънг обясни също чрез модела на вълната разсейването на бяла светлина в различните цветове на дъгата. Той показа, че във всяка среда всеки от цветовете, които съставят светлина, има характерна честота и дължина на вълната.
По този начин, благодарение на този експеримент, той демонстрира вълновата природа на светлината.
Интересното е, че с течение на времето този експеримент се оказа ключов за демонстриране на двойствеността на корпускулярната вълна на светлината, основна характеристика на квантовата механика.
Препратки
- Бърк, Джон Робърт (1999). Физика: природата на нещата. Мексико DF: Международен Thomson Editores.
- „Кристиан Хюйгенс“. Енциклопедия на световната биография. 2004. Encyclopedia.com. (14 декември 2012 г.).
- Типлер, Пол Алън (1994). Физическа. 3-то издание. Барселона: обърнах се.
- Коригиран е принципът на разпространението на вълната на David AB Miller Huygens, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
- Хюйгенс - принцип на Френел (втори). В Уикипедия. Произведено на 1 април 2018 г. от en.wikipedia.org.
- Светлина (втора). В Уикипедия. Произведено на 1 април 2018 г. от en.wikipedia.org.
Експериментът на Йънг (втори). В Уикипедия. Произведено на 1 април 2018 г. от es.wikipedia.org.