Valovna teorija Huygensove svetlobe

The valovna teorija svetlobe Huygens je svetlobo opredelil kot val, podoben zvoku ali mehanskim valovom, ki se pojavljajo v vodi. Po drugi strani pa je Newton trdil, da svetlobo tvorijo materialni delci, na katere je imenoval korpuskle.

Svetloba je vedno vzbudila zanimanje in radovednost človeka. Tako je že od začetka eden od temeljnih problemov fizike razkritje skrivnosti svetlobe.

Zaradi teh razlogov so skozi zgodovino znanosti obstajale različne teorije, ki naj bi razložile njihovo pravo naravo.

Šele konec 17. stoletja in v začetku 18. stoletja, s teorijami Isaaca Newtona in Christiaana Huygensa, so se začele postavljati podlage za globlje poznavanje svetlobe..

Principi Huygensove valovne teorije svetlobe

Leta 1678 je Christiaan Huygens oblikoval svojo valovno teorijo svetlobe, ki jo je leta 1690 objavil v svojem delu Tiskanje na svetlobo.. 

Nizozemski fizik je predlagal, da se svetloba oddaja v vseh smereh kot niz valov, ki se gibljejo skozi medij, ki ga imenuje eter. Ker gravitacija ne vpliva na valove, je predpostavljala, da se je hitrost valov zmanjšala, ko so vstopili v gostejši medij.

Njegov model se je izkazal za še posebej uporabnega pri razlaganju Snell-Descartesovega zakona refleksije in loma. Prav tako je zadovoljivo pojasnil pojav difrakcije.

Njegova teorija je temeljila na dveh konceptih:

a) Svetlobni viri oddajajo valove s sferično obliko, podobno kot valovi, ki se pojavljajo na površini vode. Na ta način so svetlobni žarki določeni s črtami, katerih smer je pravokotna na površino vala.

b) Vsaka točka vala je po drugi strani novo oddajno središče sekundarnih valov, ki se oddajajo z enako frekvenco in hitrostjo, ki je značilna za primarne valove. Neskončnost sekundarnih valov ni zaznana, tako da je val, ki izhaja iz teh sekundarnih valov, njegova ovojnica.

Vendar pa znanstveniki njegovega časa niso sprejeli valovne teorije Huygensa, razen nekaj izjem, kot je Robert Hooke's.

Ogromen ugled Newtona in velik uspeh, ki je dosegel svojo mehaniko skupaj s težavami razumevanja koncepta etra, je narekoval, da se je večina sodobnih znanstvenikov odločila za korpuskularno teorijo angleškega fizika..

Razmišljanje

Odsev je optični pojav, ki se pojavi, ko val udari poševno na površino ločevanja med dvema medijema in se spremeni v smeri, vrne se v prvi medij skupaj z delom energije gibanja..

Zakoni refleksije so naslednji:

Prvi zakon

Odsevani žarek, incident in normalno (ali pravokotno) se nahajajo v isti ravnini.

Drugi zakon

Vrednost vpadnega kota je popolnoma enaka kot pri odbojnem kotu.

Načelo Huygensa omogoča prikazati zakone refleksije. Preverjeno je, da ko val doseže ločitev medijev, postane vsaka točka nov vir oddajanja, ki oddaja sekundarne valove. Reflektirana valovna fronta je ovoj sekundarnih valov. Kot refleksne sprednje valovne fronte je popolnoma enak kotu vpadnega kota.

Refrakcija

Vendar pa je refrakcija pojav, ki se pojavi, ko val udari poševno čez režo med dvema medijema, ki imata različen lomni količnik.

Ko se to zgodi, val prodre in se prenaša z drugim medijem skupaj z delom energije gibanja. Refrakcija nastane kot posledica različne hitrosti, s katero se valovi širijo v različnih medijih.

Načelo Huygensa je zagotovilo prepričljivo razlago refrakcije. Točke na čelnem robu, ki se nahajajo na meji med obema mediju, delujejo kot novi viri širjenja svetlobe in s tem spremembe smeri širjenja..

Difrakcija

Difrakcija je fizikalni pojav, ki je značilen za valove (pojavlja se pri vseh vrstah valov), ki je sestavljen iz odstopanja valov, ko najdejo oviro na svoji poti ali gredo skozi režo.

Upoštevati je treba, da se difrakcija pojavi le, če je val popačen zaradi ovire, katere dimenzije so primerljive z njeno valovno dolžino..

Teorija Huygensa pojasnjuje, da ko svetloba pade na režo, vse točke njene ravnine postanejo sekundarni viri valov, ki že oddajajo, kot je že bilo pojasnjeno, novi valovi, ki v tem primeru dobijo ime difrakcijskih valov..

Neodgovorjena vprašanja Huygensove teorije

Načelo Huygens je pustilo vrsto vprašanj brez odgovora. Njegova trditev, da je bila vsaka točka valovnega vala vir novega vala, ni pojasnila, zakaj se svetloba širi nazaj in nazaj.

Enako razlaga pojma etra ni bila povsem zadovoljiva in je bil eden od razlogov, zakaj njegova teorija sprva ni bila sprejeta..

Obnovitev valovnega modela

Šele v 19. stoletju, ko je bil model valov pridobljen. To je bilo predvsem zaradi prispevkov Thomasa Younga, ki je bil sposoben razložiti vse pojave svetlobe na podlagi tega, da je svetloba vzdolžni val..

Še posebej, leta 1801 je naredil svoj slavni dvojni razrez poskus. S tem preskusom Young je preizkusil vzorec interference v svetlobi iz oddaljenega svetlobnega vira, ko se je lomil po prehodu skozi dve reži.

Podobno je Young pojasnil tudi skozi model valovanja sipanje bele svetlobe v različnih barvah mavrice. Pokazal je, da ima vsaka od barv, ki sestavljajo svetlobo, značilno frekvenco in valovno dolžino.

Na ta način je zahvaljujoč temu poskusu pokazal valovno naravo svetlobe.

Zanimivo je, da se je sčasoma ta eksperiment izkazal za ključnega za dokazovanje dvojnosti koruznega vala svetlobe, temeljne značilnosti kvantne mehanike..

Reference

1. Burke, John Robert (1999). Fizika: narava stvari. Mexico City: Mednarodni uredniki Thomson. 
2. "Christiaan Huygens." Enciklopedija svetovne biografije. 2004. Encyclopedia.com. (14. december 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizika 3. izdaja. Barcelona: Revert.
4. David A. B. Miller Huygensov princip širjenja valov, popravljen, Optika Letter 16, str. 1370-2 (1991)
5. Huygens-Fresnelovo načelo (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018, z en.wikipedia.org.
6. Svetloba (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018, z en.wikipedia.org.

7. Youngov poskus (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018 s strani es.wikipedia.org.