Huygensovo načelo difrakcije

Huygenovo načelo analize valov vam pomaga razumeti gibi valov okoli predmetov. Obnašanje valov je včasih lahko kontratuktivno. O valovih je enostavno razmišljati, kot da se samo premikajo po ravni črti, vendar imamo dobre dokaze, da to pogosto preprosto ni res.

Na primer, če nekdo zavpije, se zvok od te osebe širi v vse smeri. Če pa so v kuhinji samo z enimi vrati in kričijo, val, ki se usmeri proti vratom v jedilnico, gre skozi ta vrata, preostanek zvoka pa udari v steno. Če je jedilnica v obliki črke L in je nekdo v dnevni sobi, ki je za vogalom in skozi druga vrata, bo še vedno slišal krik. Če bi se zvok gibal po naravni črti od osebe, ki je kričala, bi bilo to nemogoče, ker se zvok ne bi mogel premikati za vogalom.

Tega vprašanja se je lotil Christiaan Huygens (1629-1695), človek, ki je bil znan tudi po ustvarjanju nekaterih prve mehanske ure in njegovo delo na tem področju je vplivalo na Sir Isaac Newton ko je razvil svojo teorijo o delcih svetlobe.

Huygensovo načelo valovne analize v bistvu določa, da:

Vsaka točka valovne fronte se lahko šteje za vir sekundarnih valov, ki se širijo v vse smeri s hitrostjo, enako hitrosti širjenja valov.

To pomeni, da lahko vidite, če imate val, "rob" vala kot dejansko ustvari vrsto krožnih valov. Ti valovi se v večini primerov združijo, da bi le nadaljevali širjenje, v nekaterih primerih pa so pomembni opazni učinki. Na valoviti strani je mogoče gledati kot na črto tangenta do vseh teh krožnih valov.

Te rezultate lahko dobimo ločeno od Maxwellovih enačb, čeprav je Huygensov princip (ki je bil prvi) koristen model in je pogosto priročen za izračun valovnih pojavov. Navdušujoče je, da je Huygensovo delo pred delom leta James Clerk Maxwell do približno dveh stoletij, in vendar se zdi, da to predvideva, brez trdne teoretične podlage, ki jo je dal Maxwell. Amperov zakon in Faradayev zakon predvidevajo, da vsaka točka elektromagnetnega vala deluje kot vir nenehnega vala, kar je popolnoma v skladu s Huygensovo analizo.

Ko gre svetloba skozi odprtino (odprtino znotraj pregrade), vsako točko svetlobnega vala znotraj odprtine lahko gledamo kot ustvarjanje krožnega vala, ki se širi navzven od zaslonka.

Odprtina se torej obravnava kot ustvarjanje novega vira valov, ki se širi v obliki krožne valovne črte. Središče valovne fronte je večje intenzivnosti, ko se robovi bližajo, se intenzivnost bledi. Pojasnjuje difrakcija opaženo in zakaj svetloba skozi zaslonko ne ustvari popolne slike zaslonke na zaslonu. Po tem načelu se robovi "razširijo".

Primer tega načela pri delu je pogost v vsakdanjem življenju. Če je nekdo v drugi sobi in vas pokliče, se zdi, da zvok prihaja skozi vrata (razen če imate zelo tanke stene).

Zakoni v odsev in lomljivost lahko izhajata iz Huygenovega načela. Točke vzdolž valovite fronte se obravnavajo kot viri vzdolž površine refrakcijskega medija, na katerem se celoten val upogne na podlagi novega medija.

Učinek odboja in loma je sprememba smeri neodvisnih valov, ki jih oddajajo točkovni viri. Rezultati strogih izračunov so identični rezultatom Newtonove geometrijske optike (kot je Snellov zakon refrakcija), ki je nastala po principu delcev svetlobe - čeprav je Newtonova metoda v svoji razlagi manj elegantna difrakcija.

Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.