Εφαρμογές της Θεωρίας Huygens

Η θεωρία Huygens είναι μια από τις πιο σημαντικές και πρώτες αξιοσημείωτες θεωρίες για τη μελέτη του φωτός σε βάθος. Η κυματική θεωρία του Huygens απέδειξε ότι η θεωρία του φωτός του Νεύτωνα ήταν εσφαλμένη. Σύμφωνα με την κυματική θεωρία του Huygen, το φως ταξιδεύει με τη μορφή κυμάτων. Με βάση αυτή τη θεωρία, ο Huygens δημιούργησε ένα φανταστικό μέσο για την κίνηση που είναι γνωστό ως αιθέρας. Αυτό έχει χαμηλή πυκνότητα, αλλά είναι διαδεδομένο σε όλη την ατμόσφαιρα.

Η κυματική θεωρία του Huygen δηλώνει ότι το φως ταξιδεύει με τη μορφή κύματος και αυτό το κύμα διαδίδεται σε ένα φανταστικό μέσο που ονομάζεται αιθέρας. Αργότερα, αποδείχθηκε ότι η φύση του φωτός ήταν πράγματι το κύμα.

Ιστορικό

Ένας Ολλανδός επιστήμονας ονόματι Christiaan Huygens, ανέπτυξε μια μέθοδο για να δει πώς και πού διαδίδεται το κύμα. Το 1678, πρότεινε ότι όλα τα σημεία γύρω από οποιοδήποτε σημείο διαταραχής έγιναν πηγή κυμάτων. Δηλώνει περαιτέρω στη θεωρία του ότι τα κύματα σχηματίστηκαν για να κινηθούν προς τα εμπρός από το σημείο της πραγματικής προέλευσής τους. Εξήγησε με επιτυχία αυτή τη θεωρία και αργότερα απέδειξε τη γραμμική και σφαιρική διάδοση των κυμάτων μέσω της εξαγωγής του νόμου της ανάκλασης και του νόμου της διάθλασης χρησιμοποιώντας την αρχή του Huygens. Τα αποτελέσματα της περίθλασης προτάθηκαν από τον Augustinian-Jean Fresnel αργότερα.

Εφαρμογές της Θεωρίας Huygens

Αυτή η αρχή μας βοηθά να κατανοήσουμε την κίνηση των κυμάτων σε διαφορετικά αντικείμενα. Ο νόμος της αντανάκλασης μπορεί να προέλθει από τη θεωρία του Hugyen. Όλα τα σημεία στο μέτωπο κύματος θεωρούνται πηγή κατά μήκος της επιφάνειας του διαθλαστικού μέσου. Σε εκείνο ακριβώς το σημείο, όλα τα κύματα λυγίζουν ανάλογα με το νέο μέσο. Ως εκ τούτου, αυτή η αρχή θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξαγωγή του νόμου της ανάκλασης και του νόμου της διάθλασης επίσης.

Η αρχή του Hugyen βοηθά στον προσδιορισμό του πού διαδίδεται το κύμα και πώς διαδίδεται.

Είναι επίσης χρήσιμο στη διάδοση γραμμικών κυμάτων και στη διάδοση σφαιρικών κυμάτων.

Η αρχή του Hugyen παρέχει μια βασική κατανόηση της κυματικής φύσης του φωτός. Αυτή η αρχή του Hugyen χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τη διάθλαση του φωτός. Όταν το φως ταξιδεύει μέσα από ένα άνοιγμα, κάθε σημείο του φωτεινού κύματος μέσα στο άνοιγμα λέγεται ότι σχηματίζει ένα κυκλικό κύμα που διαδίδεται προς τα έξω από το άνοιγμα, το οποίο αντιμετωπίζεται ως νέα πηγή κύματος.

Η ισχύς του μετώπου κύματος είναι υψηλότερη στη μέση, μειώνεται καθώς πλησιάζει τις άκρες. Η ιδέα του Huygens μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συναγάγει τους κανόνες ανάκλασης και διάθλασης. Τα σημεία κατά μήκος του μετώπου κύματος θεωρούνται ως πηγές κατά μήκος της επιφάνειας του διαθλαστικού μέσου, οπότε ολόκληρο το κύμα κάμπτεται λόγω του νέου μέσου. Μόλις ρίξετε μια πέτρα στο νερό θα δημιουργήσει κάποια αναστάτωση γύρω από τον εαυτό της. Έτσι το νερό γύρω είναι το μέτωπο του κύματος.

Τι είναι λοιπόν ένα μέτωπο κύματος; Το Wavefront είναι μια συλλογή από όλα αυτά τα σημεία που ανεβοκατεβαίνουν λόγω της διαταραχής. Με άλλα λόγια, ένα μέτωπο κύματος είναι μια γραμμή ή επιφάνεια στην κυματική κίνηση με διαταραχές σε κάθε σημείο που έχει την ίδια φάση. Τα μέτωπα κύματος είναι τριών τύπων με βάση την πηγή φωτός – κυλινδρικό μέτωπο κύματος, σφαιρικό μέτωπο κύματος και επίπεδο μέτωπο κύματος.

Στο παραπάνω παράδειγμα, το νερό θα ανέβει και θα κατέβει ταυτόχρονα, έτσι ώστε η χρονική φάση να είναι γνωστή ως ίδια φάση ή μέτωπο κύματος. Με τον ίδιο τρόπο σχηματίζονται τα κύματα στον αιθέρα. Η κυματική θεωρία του Hugyen δηλώνει ότι εάν υπάρχει οποιαδήποτε διαταραχή στο σωματίδιο του μέσου, αυτό θα αρχίσει να δονείται.

Παραδείγματα της Αρχής Huygens

Ένα παράδειγμα της Αρχής Huygens σε δράση είναι όταν μια ανοιχτή πόρτα συνδέει δύο διαμερίσματα και δημιουργείται ένας ήχος σε μια απομακρυσμένη γωνία ενός από τα διαμερίσματα. Ένα άτομο στο απέναντι δωμάτιο θα ακούσει τον ήχο σαν να προέρχεται από την πόρτα.

Μια άλλη απεικόνιση είναι ότι εάν μια πέτρα πεταχτεί στο λούκι, θα παράγει κύματα εκείνη τη στιγμή. Αυτές οι διαταραχές εμφανίζονται ως έμμεσοι δακτύλιοι και ονομάζονται μέτωπα κύματος. Σταδιακά, αυτά τα μέτωπα κύματος διασκορπίζονται εντελώς. Αυτά τα κύματα μεταφέρονται από τις δευτερεύουσες πηγές και, επομένως, από τις δευτερεύουσες πηγές αυτών των πηγών από τότε.

Συμπέρασμα

Η αρχή του Hugyen σημαίνει ότι όταν βλέπετε ένα κύμα, μπορείτε επίσης να βρείτε μια άκρη γύρω του. Μοιάζει σαν να δημιουργεί πολλά κυκλικά κύματα γύρω του. Σε αυτό, μια εφαπτομένη γραμμή κάνει το μέτωπο κύματος όλων αυτών των κυκλικών κυμάτων. Αυτό είναι ένα πολύ βολικό και κατάλληλο μοντέλο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του φαινομένου του κύματος. Ένα καθημερινό παράδειγμα αυτού του νόμου είναι όταν κάποιος από άλλο διάδρομο σας φωνάζει, ο ήχος φαίνεται να έρχεται από την ίδια την πόρτα.