Παραδείγματα της αρχής του Huygen
Ο Christian Huygens (1629-1695), ένας εξέχων Ολλανδός φυσικός, δημοσίευσε μια διατριβή για την κυματική θεωρία του φωτός το 1678 με την ονομασία Traite de la Lumiere. Δήλωσε σε αυτό το άρθρο ότι το μέτωπο κύματος ενός κύματος διάδοσης φωτός συμμορφώνεται με το περίβλημα των σφαιρικών κυμάτων που προέρχονται από κάθε σημείο του μετώπου κύματος σε κάθε στιγμή (με την κατανόηση ότι τα κυματίδια έχουν την ίδια ταχύτητα με το συνολικό κύμα). Η ιδέα άλλαξε τον τρόπο που σκεφτόμαστε το φως και τις ιδιότητές του.
Σε αυτά τα παραδείγματα της αρχής Huygens, θα κατανοήσουμε τη σημασία της αρχής Huygens.
Έννοια της αρχής Huygens
Η αρχή του Huygens, επίσης γνωστή ως αρχή Huygens-Fresnel, δηλώνει ότι όλα τα σημεία ενός μετώπου κύματος ήχου σε ένα μέσο εκπομπής ή φωτός σε κενό ή διαφανές μέσο μπορούν να θεωρηθούν νέες πηγές κυματισμών που εκτείνονται προς όλες τις κατευθύνσεις με ρυθμό που καθορίζεται από τις ταχύτητες τους. Είναι μια ισχυρή προσέγγιση για την εξέταση πολυάριθμων οπτικών φαινομένων που προτάθηκαν από τον Ολλανδό μαθηματικό, φυσικό και αστρονόμο Christiaan Huygens το 1690. Οποιοδήποτε σημείο στο μέτωπο κύματος μπορεί να θεωρηθεί πηγή δευτερογενών σφαιρικών κυμάτων που διαστέλλονται με την ταχύτητα του φωτός στο την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Η εφαπτομενική επιφάνεια όλων αυτών των δευτερευόντων κυμάτων είναι το νέο μέτωπο κύματος. Ως αποτέλεσμα, είναι μια γεωμετρική μέθοδος.
Μία από τις βασικές μεθόδους για την έρευνα διαφόρων οπτικών φαινομένων είναι ο Huygens. Η αρχή είναι ένας τρόπος ανάλυσης των προβλημάτων διάδοσης κύματος στο όριο του μακρινού πεδίου και της περίθλασης και ανάκλασης κοντινού πεδίου. Σε αυτό αναφέρονται τα εξής:
Κάθε σημείο σε ένα μέτωπο κύματος είναι μια πηγή σφαιρικών κυμάτων που διαστέλλονται με την ταχύτητα του φωτός προς τα εμπρός
Το άθροισμα αυτών των σφαιρικών κυμάτων συνήθως σχηματίζει το μέτωπο κύματος
Οι δευτερεύουσες πηγές παράγουν κυματίδια συγκρίσιμα με αυτά που παράγονται από την κύρια πηγή
Η κοινή εφαπτομένη στα κυματίδια στην προς τα εμπρός κατεύθυνση γενικά παρέχει το νέο μέτωπο κύματος ανά πάσα στιγμή
Πηγές σύμφωνα με την αρχή του Huygens
Το φως, σύμφωνα με τον Huygens, είναι ένα κύμα που διαδίδεται στο διάστημα με τον ίδιο τρόπο που οι κυματισμοί στο νερό ή ο αέρας στον ήχο. Ως αποτέλεσμα, το φως από μια πηγή συνήθως εξαπλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις σαν ένα κύμα. Ένα μέτωπο κύματος είναι ένα σύνολο σημείων που έχουν διανύσει μια ορισμένη απόσταση σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να δούμε ότι ο τόπος των σημείων που έχει ταξιδέψει το φως μέσα σε έναν συγκεκριμένο χρόνο είναι μια σφαίρα από μια σημειακή πηγή φωτός.
Επομένως, σύμφωνα με την αρχή, οι πηγές μπορούν να είναι δύο τύπων:πρωτογενείς και δευτερεύουσες. Μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού του πρωτεύοντος μετώπου κύματος, κάθε πρωτεύον μέτωπο κύματος ακολουθείται από τη δημιουργία ενός δευτερεύοντος μετώπου κύματος. Έτσι, κάθε σημείο στο μέτωπο κύματος λειτουργεί ως δευτερεύουσα πηγή φωτός, εκπέμποντας πρόσθετα μέτωπα κύματος. Έτσι, ένα φωτεινό κύμα διαδίδεται στο διάστημα δημιουργώντας δευτερεύουσες πηγές και μέτωπα κύματος. Τα μέτωπα κύματος λέγεται πάντα ότι είναι κάθετα στην εγκάρσια διεύθυνση.
Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη ότι η θεωρία του Huygens προτάθηκε πριν από δύο αιώνες, περιγράφει επαρκώς τη κυματική θεωρία των φαινομένων του φωτός περίθλασης, παρεμβολής, ανάκλασης και διάθλασης.
Η σημασία της αρχής του Huygens
Η σημασία της αρχής του Huygens είναι ότι η αρχή ισχύει για όλα τα είδη κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των κυμάτων νερού, ήχου και φωτός. Βοηθά στην εξήγηση των κανόνων ανάκλασης και διάθλασης και περιγράφει πώς διαδίδονται τα κύματα φωτός. Ισχυρίζεται ότι όλα τα σημεία σε ένα μέτωπο κύματος ήχου σε ένα μέσο μετάδοσης ή φωτός σε κενό ή διαφανές μέσο μπορούν να θεωρηθούν νέες πηγές κυμάτων που διαστέλλονται προς όλες τις κατευθύνσεις με ρυθμό που καθορίζεται από τις ταχύτητες τους. Το σύνολο αυτών των σφαιρικών κυμάτων συνήθως σχηματίζει το μέτωπο κύματος. Ωστόσο, αυτή η θεωρία αφήνει ανοιχτό το ερώτημα γιατί συνέβη αρχικά η διάθλαση. Η αρχή του Huygens βοηθά στην πρόβλεψη και την κατανόηση της κλασικής διάδοσης κυμάτων φωτός. Ως αποτέλεσμα, η Αρχή Huygens-Fresnel μπορεί να εξηγήσει ένα ευρύ φάσμα οπτικών φαινομένων.
Παραδείγματα της αρχής του Huygens
Η αρχή του Huygens είναι ενσωματωμένη στην καθημερινή μας ζωή και βρίσκει εφαρμογή παντού. Όταν μια ανοιχτή πόρτα συνδέει δύο δωμάτια και δημιουργείται ένας ήχος σε μια μακρινή γωνία ενός από τα δωμάτια, η αρχή του Huygens είναι σε δράση. Ο ήχος θα ακουστεί στο άλλο δωμάτιο σαν να ήρθε από την πόρτα.
Σε ένα άλλο παράδειγμα, μπορείτε να πείτε ότι εάν μια πέτρα πεταχτεί στη λίμνη, μια μεγαλύτερη πέτρα τείνει να δημιουργεί περισσότερους κυματισμούς στο νερό σε σύγκριση με μικρότερες. Αυτά τα κύματα μοιάζουν με κυκλικούς δακτυλίους, οι οποίοι είναι γνωστοί ως κύματα μετώπου κύματος. Αυτά τα μέτωπα κύματος διασκορπίζονται σταδιακά προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι δευτερεύουσες πηγές, και οι δευτερεύουσες πηγές αυτών των πηγών, και ούτω καθεξής, διαδίδουν αυτούς τους κυματισμούς προς όλες τις κατευθύνσεις.
Συμπέρασμα
Σε αυτές τις σημειώσεις των αρχών του Huygens, κατανοήσαμε την αρχή του Huygens, μια μέθοδο ανάλυσης που μπορεί να λύσει προβλήματα διάδοσης κυμάτων στο όριο του μακρινού πεδίου, στην περίθλαση κοντινού πεδίου και στην ανάκλαση. Το φως, σύμφωνα με τον Huygens, είναι ένα κύμα που διαδίδεται στο διάστημα με τον ίδιο τρόπο που οι κυματισμοί στο νερό ή ο αέρας στον ήχο. Έτσι, σύμφωνα με την αρχή, κάθε σημείο σε ένα μέτωπο κύματος είναι μια πηγή σφαιρικών κυμάτων που διαστέλλονται με την ταχύτητα του φωτός προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Έχουμε επίσης συζητήσει τη σημασία της αρχής του Huygens και παραδείγματα.
