- Принципи хвильової теорії світла Гюйгенса
- Рефлексія
- Перший закон
- Другий закон
- Заломлення
- Дифракція
- Невідказані питання теорії Гюйгенса
- Відновлення хвильової моделі
- Список літератури
Хвильової теорії світла Гюйгенса світла визначається як хвиля, подібний звук або механічних хвиль , що виникають у воді. З іншого боку, Ньютон стверджував, що світло складається з матеріальних частинок, які він називав тільцями.
Світло завжди викликало у людини інтерес і цікавість. Таким чином, з моменту її створення однією з фундаментальних проблем фізики було розкриття таємниць світла.
Крістіанські гюйгени
З цих причин протягом усієї історії науки існували різні теорії, які намагалися пояснити її справжню природу.
Однак, лише в кінці XVII - на початку вісімнадцятого століття, теоріями Ісаака Ньютона та Крістіана Гюйгенса, стали закладатися основи глибшого розуміння світла.
Принципи хвильової теорії світла Гюйгенса
У 1678 р. Крістіан Гюйгенс сформулював свою хвильову теорію світла, яку згодом опублікував у 1690 р. У своєму Трактаті про світло.
Голландський фізик запропонував випромінювати світло у всі сторони як набір хвиль, які проходили через середовище, яке він назвав ефіром. Оскільки на хвилі не впливає гравітація, він припускав, що швидкість хвиль зменшиться, коли вони ввійдуть у щільнішу середу.
Його модель була особливо корисною для пояснення закону відображення та заломлення Снелла-Декарта. Це також задовільно пояснило явище дифракції.
Його теорія принципово грунтувалася на двох концепціях:
а) Джерела світла випромінюють сферичні хвилі, схожі на хвилі, що виникають на поверхні води. Таким чином світлові промені визначаються лініями, напрямок яких перпендикулярний поверхні хвилі.
б) Кожна точка хвилі, у свою чергу, є новим центром випромінювання вторинних хвиль, які випромінюються з тією ж частотою та швидкістю, що характеризували первинні хвилі. Нескінченність вторинних хвиль не сприймається, тому хвиля, що виникає внаслідок цих вторинних хвиль, є їх оболонкою.
Однак хвильова теорія Гюйгенса не була прийнята вченими свого часу, за невеликими винятками, наприклад, Робертом Гуком.
Величезний престиж Ньютона та великий успіх, який досяг його механіка, разом із проблемами розуміння поняття ефіру, змусили більшість сучасних вчених обиратись як для корпускулярної теорії англійського фізика.
Рефлексія
Відбиття - оптичне явище, яке відбувається, коли хвиля косо падає на поверхню розділення між двома середовищами і зазнає зміни напрямку, повертаючись до першого середовища разом із частиною енергії руху.
Закони відображення такі:
Перший закон
Відбитий промінь, падаючий і нормальний (або перпендикулярний) розміщені в одній площині.
Другий закон
Значення кута падіння точно таке ж, як і кут відбиття.
Принцип Гюйгенса дозволяє нам продемонструвати закони рефлексії. Встановлено, що коли хвиля досягає поділу середовища, кожна точка стає новим фокусом випромінювача, що випромінює вторинні хвилі. Відбитий фронт хвилі - оболонка вторинних хвиль. Кут цього відбитого фронту вторинної хвилі точно такий же, як і кут падаючої.
Заломлення
Однак заломлення - це явище, яке має місце тоді, коли хвиля косо забивається на проміжок між двома середовищами, які мають різні показники заломлення.
Коли це відбувається, хвиля проникає і передається на пів секунди разом з частиною енергії руху. Заломлення відбувається як наслідок різної швидкості, з якою хвилі поширюються в різних середовищах.
Типовий приклад явища заломлення можна спостерігати, коли предмет (наприклад, олівець або кулькова ручка) частково вставляється у склянку з водою.
Принцип Гюйгенса дав вагоме пояснення для заломлення. Точки на хвильовому фронті, розташовані на кордоні між двома середовищами, виступають новими джерелами поширення світла, і, отже, змінюється напрям поширення.
Дифракція
Дифракція - характерне фізичне явище хвиль (воно відбувається у всіх типів хвиль), яке складається з відхилення хвиль, коли вони стикаються з перешкодою на своєму шляху або проходять через щілину.
Слід зазначити, що дифракція відбувається лише тоді, коли хвиля спотворена перешкодою, розміри якої порівнянні з її довжиною хвилі.
Теорія Гюйгенса пояснює, що коли світло падає на щілину, всі точки в його площині стають вторинними джерелами хвиль, випромінюючи, як раніше було пояснено, нові хвилі, які в даному випадку називаються дифракційними хвилями.
Невідказані питання теорії Гюйгенса
Принцип Гюйгенса залишив без відповіді ряд питань. Його твердження про те, що кожна точка на хвилі фронту, в свою чергу, була джерелом нової хвилі, не пояснила, чому світло поширюється і назад, і вперед.
Так само пояснення поняття ефіру було не зовсім задовільним і було однією з причин, чому його теорія спочатку не була прийнята.
Відновлення хвильової моделі
Лише у 19 столітті було відновлено хвильову модель. В основному завдяки внеску Томаса Янга вдалося пояснити всі явища світла на основі того, що світло є поздовжньою хвилею.
Зокрема, у 1801 р. Він здійснив свій відомий експеримент з подвійною щілиною. За допомогою цього експерименту Янг перевірив інтерференційний малюнок у світлі від далекого джерела світла, коли він дифракціювався після проходження через дві щілини.
Так само Янг також пояснив за допомогою хвильової моделі розсіювання білого світла в різних кольорах веселки. Він показав, що в кожному середовищі кожен з кольорів, що утворюють світло, має характерну частоту і довжину хвилі.
Таким чином, завдяки цьому експерименту, він продемонстрував хвильову природу світла.
Цікаво, що з часом цей експеримент став ключовим для демонстрації подвійності хвилі корпускулярної хвилі, основної характеристики квантової механіки.
Список літератури
- Берк, Джон Роберт (1999). Фізика: природа речей. Мексика DF: Міжнародний Thomson Editores.
- "Крістіан Гюйгенс." Енциклопедія світової біографії. 2004. Encyclopedia.com. (14 грудня 2012 р.).
- Тіплер, Пол Аллен (1994). Фізичні. 3-е видання. Барселона: Я перевернув.
- Виправлено принцип поширення хвиль Девіда AB Міллера Гюйгенса, Оптичні листи 16, с. 1370-2 (1991)
- Гюйгенс - принцип Френеля (другий). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
- Світло (го). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
Експеримент Янга (другий). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.