Vlnová teória Huygensovho svetla

 vlnová teória svetla Huygens definoval svetlo ako vlnu, podobnú zvuku alebo mechanickým vlnám, ktoré sa vyskytujú vo vode. Na druhej strane Newton potvrdil, že svetlo je tvorené hmotnými časticami, ku ktorým nazval krvinky.

Svetlo vždy vzbudilo záujem a zvedavosť ľudskej bytosti. Takýmto spôsobom, odkedy vznikol jeden zo základných problémov fyziky, bolo odhalenie tajomstiev svetla.

Z týchto dôvodov boli v dejinách vedy rôzne teórie, ktoré majú vysvetľovať ich pravú povahu.

Avšak až do konca 17. storočia a začiatku 18. storočia, s teóriami Isaaca Newtona a Christiaana Huygensa, sa začali klásť základy pre hlbšie poznanie svetla..

Princípy Huygensovej vlnovej teórie svetla

V roku 1678, Christiaan Huygens formuloval svoju vlnovú teóriu svetla, ktorá neskôr, v roku 1690, publikoval vo svojej práci Treatise on light. 

Holandský fyzik navrhol, aby svetlo bolo emitované vo všetkých smeroch ako súbor vĺn pohybujúcich sa cez médium, ktoré nazýval éter. Keďže vlny nie sú ovplyvnené gravitáciou, predpokladalo sa, že rýchlosť vĺn sa znížila, keď vstúpili do hustejšieho média.

Jeho model sa ukázal ako obzvlášť užitočný pri vysvetľovaní Snell-Descartovho zákona odrazu a lomu. Taktiež uspokojivo vysvetlil jav difrakcie.

Jeho teória bola založená v podstate na dvoch pojmoch:

a) Svetelné zdroje emitujú vlny s guľovitým tvarom, podobné vlnám, ktoré sa vyskytujú na povrchu vody. Týmto spôsobom sú svetelné lúče definované čiarami, ktorých smer je kolmý na povrch vlny.

b) Každý bod vlny je zase novým emitorovým centrom sekundárnych vĺn, ktoré sú emitované s rovnakou frekvenciou a rýchlosťou, ktorá charakterizovala primárne vlny. Nekonečnosť druhotných vĺn nie je vnímaná, takže vlna vyplývajúca z týchto sekundárnych vĺn je jej obálkou.

Avšak, vlnová teória Huygens nebola prijatá vedcami svojej doby, s výnimkou niekoľkých výnimiek, ako je Robert Hooke..

Obrovská prestíž Newtonu a veľký úspech, ktorý dosiahol jeho mechanici spolu s problémami pochopiť koncept éteru, urobili, že väčšina súčasných vedcov sa rozhodla pre korpuskulárnu teóriu anglického fyzika..

odraz

Reflexia je optický jav, ktorý nastáva, keď vlna narazí šikmo na povrch separácie medzi dvoma médiami a prechádza zmenou smeru, pričom sa vracia na prvé médium spolu s časťou energie pohybu..

Zákony reflexie sú nasledovné:

Prvý zákon

Odrazený lúč, incident a normálna (alebo kolmá) sú umiestnené v rovnakej rovine.

Druhý zákon

Hodnota uhlu dopadu je presne rovnaká ako uhol odrazu.

Princíp Huygens umožňuje demonštrovať zákony reflexie. Je overené, že keď vlna dosiahne separáciu médií, každý bod sa stáva novým zdrojom emitujúcim sekundárne vlny. Čelo odrazenej vlny je obálkou sekundárnych vĺn. Uhol tejto odrazenej prednej vlny je presne rovnaký ako uhol dopadu.

lom svetla

Refrakcia je však jav, ktorý sa vyskytuje, keď vlna narazí šikmo nad medzeru medzi dvoma médiami, ktoré majú rozdielny index lomu..

Keď sa to stane, vlna preniká a je prenášaná druhým médiom spolu s časťou energie pohybu. Refrakcia nastáva v dôsledku odlišnej rýchlosti, s akou sa vlny šíria v rôznych médiách.

Princíp Huygens poskytol presvedčivé vysvetlenie o lome. Body na čelo vlny nachádzajúce sa na hranici medzi dvoma médiami pôsobia ako nové zdroje šírenia svetla a tým aj smer zmien šírenia svetla..

difrakcie

Difrakcia je fyzikálny jav charakteristický pre vlny (vyskytuje sa vo všetkých typoch vĺn), ktorý pozostáva z odchýlky vĺn, keď nájdu prekážku v ich ceste alebo prejdú štrbinou.

Treba mať na pamäti, že difrakcia sa vyskytuje len vtedy, keď je vlna deformovaná kvôli prekážke, ktorej rozmery sú porovnateľné s jej vlnovou dĺžkou..

Teória Huygensa vysvetľuje, že keď svetlo dopadá na štrbinu, všetky body jeho roviny sa stávajú druhotnými zdrojmi vĺn vyžarujúcich, ako už bolo vysvetlené predtým, nové vlny, ktoré v tomto prípade dostávajú názov rozptýlených vĺn.

Nezodpovedané otázky Huygensovej teórie

Princíp Huygensov nechal niekoľko otázok nezodpovedaných. Jeho tvrdenie, že každý bod vlny boli zase zdrojom novej vlny, nevysvetlilo, prečo sa svetlo šíri dozadu aj dopredu.

Rovnako vysvetlenie pojmu éter nebolo úplne uspokojivé a bolo jedným z dôvodov, prečo jeho teória pôvodne nebola prijatá.

Obnovenie vlnového modelu

Až v 19. storočí, keď bol model vlny obnovený. Bolo to hlavne vďaka príspevkom Thomasa Younga, ktorý dokázal vysvetliť všetky svetelné javy na základe toho, že svetlo je pozdĺžna vlna.

Najmä v roku 1801 urobil svoj slávny experiment s dvojitou štrbinou. S týmto experimentom Young testoval vzor interferencie vo svetle zo vzdialeného svetelného zdroja, keď sa rozptýlil po prechode cez dve štrbiny.

Podobne, Young tiež vysvetlil vlnovým modelom rozptyl bieleho svetla v rôznych farbách dúhy. Ukázal, že v každom médiu má každá z farieb, ktoré tvoria svetlo, charakteristickú frekvenciu a vlnovú dĺžku.

Vďaka tomuto experimentu preukázal vlnovú povahu svetla.

Zaujímavosťou je, že časom sa tento experiment ukázal ako kľúč k demonštrácii vlnovej vlny svetla duality, čo je základnou črtou kvantovej mechaniky..

referencie

1. Burke, John Robert (1999). Fyzika: povaha vecí. Mexico City: International Thomson Editors. 
2. "Christiaan Huygens." Encyklopédia svetovej biografie. 2004. Encyclopedia.com. (14. decembra 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fyzika. 3. vydanie. Barcelona: Reverté.
4. David A. B. Miller Huygensov princíp šírenia vlny korigovaný, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens-Fresnelov princíp (n.d.). Vo Wikipédii. Získané dňa 1. apríla 2018, z en.wikipedia.org.
6. Svetlo (n.d.). Vo Wikipédii. Získané dňa 1. apríla 2018, z en.wikipedia.org.

7. Youngov experiment (n.d.). Vo Wikipédii. Získané 1. apríla 2018, z es.wikipedia.org.