TEORIA UNDELOR HUYGENS A LUMINII - FIZIC - 2025

Teoria val de lumină Huygens definit lumina ca un val, similar cu sunetul sau undelor mecanice produse în apă. Pe de altă parte, Newton a susținut că lumina era formată din particule materiale pe care el le numea corpusculi.

Lumina a stârnit întotdeauna interesul și curiozitatea umană. În acest fel, de la începuturile sale, una dintre problemele fundamentale ale fizicii a fost dezvăluirea misterelor luminii.

Christiaan huygens

Din aceste motive, de-a lungul istoriei științei au existat diferite teorii care au încercat să explice adevărata sa natură.

Cu toate acestea, abia la sfârșitul secolului al XVII-lea și începutul secolului al XVIII-lea, cu teoriile lui Isaac Newton și Christiaan Huygens, au început să se pună bazele unei înțelegeri mai profunde a luminii.

Principiile teoriei undelor Huygens asupra luminii

În 1678, Christiaan Huygens și-a formulat teoria valurilor asupra luminii, pe care a publicat-o ulterior în 1690 în Tratatul său despre lumină.

Fizicianul olandez a propus ca lumina să fie emisă în toate direcțiile, ca un set de valuri care au călătorit printr-un mediu pe care l-a numit eter. Deoarece undele nu sunt afectate de gravitație, el a presupus că viteza undelor va scădea atunci când au intrat într-un mediu mai dens.

Modelul său a fost deosebit de util în explicarea legii de reflecție și refracție a lui Snell-Descartes. De asemenea, a explicat în mod satisfăcător fenomenul de difracție.

Teoria sa s-a bazat fundamental pe două concepte:

a) Sursele de lumină emit valuri în formă sferică, similare cu undele care apar pe suprafața apei. În acest fel, razele de lumină sunt definite de linii a căror direcție este perpendiculară pe suprafața undei.

b) Fiecare punct al unei unde este la rândul său un nou centru de emisie pentru undele secundare, care sunt emise cu aceeași frecvență și viteză care au caracterizat undele primare. Infinitatea undelor secundare nu este percepută, astfel încât valul rezultat din aceste unde secundare este învelișul lor.

Cu toate acestea, teoria valurilor lui Huygens nu a fost acceptată de oamenii de știință din vremea sa, cu puține excepții precum cea a lui Robert Hooke.

Enormul prestigiu al lui Newton și marele succes pe care l-a obținut mecanica sa, împreună cu problemele de a înțelege conceptul de eter, au făcut ca majoritatea oamenilor de știință contemporani să opteze atât pentru teoria corpusculară a fizicianului englez.

Reflecţie

Reflexia este un fenomen optic care are loc atunci când o undă este incidentă în mod obișnuit pe o suprafață de separare între două medii și suferă o schimbare de direcție, fiind returnată în primul mediu împreună cu o parte din energia mișcării.

Legile reflecției sunt următoarele:

Prima lege

Raza reflectată, incidentul și normalul (sau perpendicular), sunt situate în același plan.

A doua lege

Valoarea unghiului de incidență este exact aceeași cu cea a unghiului de reflecție.

Principiul lui Huygens ne permite să demonstrăm legile reflecției. Se constată că atunci când o undă atinge separarea mediei, fiecare punct devine un nou focal de emițător care emite unde secundare. Fruntea de undă reflectată este învelișul undelor secundare. Unghiul acestui front secundar de undă reflectat este exact același cu unghiul incident.

Refracţie

Cu toate acestea, refracția este fenomenul care are loc atunci când o undă afectează în mod obișnuit un decalaj între două medii, care au indici de refracție diferiți.

Când se întâmplă acest lucru, valul pătrunde și este transmis pentru o jumătate de secundă împreună cu o parte din energia mișcării. Refracția apare ca o consecință a vitezei diferite cu care se propagă undele în diferitele medii.

Un exemplu tipic al fenomenului de refracție poate fi observat atunci când un obiect (de exemplu, un creion sau un pix) este parțial inserat într-un pahar cu apă.

Principiul lui Huygens a oferit o explicație convingătoare pentru refracție. Punctele de pe frontul de undă situate la limita dintre cele două medii acționează ca noi surse de propagare a luminii și astfel se schimbă direcția de propagare.

Difracţie

Difracția este un fenomen fizic caracteristic al undelor (apare la toate tipurile de unde) care constă în devierea undelor atunci când întâlnesc un obstacol în calea lor sau trec printr-o fanta.

Trebuie avut în vedere faptul că difracția apare numai atunci când unda este distorsionată de un obstacol ale cărui dimensiuni sunt comparabile cu lungimea sa de undă.

Teoria lui Huygens explică faptul că atunci când lumina cade pe o fanta, toate punctele din planul său devin surse secundare de unde, emitând, așa cum s-a explicat anterior, noi valuri, care în acest caz se numesc unde difractate.

Întrebările fără răspuns ale teoriei lui Huygens

Principiul lui Huygens a lăsat fără răspuns o serie de întrebări. Afirmația lui conform căreia fiecare punct de pe un front de undă a fost, la rândul său, o sursă a unei noi valuri nu a reușit să explice de ce lumina se propagă atât înapoi, cât și înainte.

De asemenea, explicația conceptului de eter nu a fost în totalitate satisfăcătoare și a fost unul dintre motivele pentru care teoria sa nu a fost acceptată inițial.

Recuperarea modelului de val

Abia în secolul 19, modelul de val a fost recuperat. Acesta a fost în principal datorită contribuțiilor lui Thomas Young care a reușit să explice toate fenomenele luminii pe baza faptului că lumina este o undă longitudinală.

Mai exact, în 1801 a efectuat celebrul său experiment cu dublă fanta. Cu acest experiment, Young a verificat un tipar de interferență în lumină dintr-o sursă de lumină îndepărtată, atunci când s-a distrat după trecerea prin două fante.

În același mod, Young a explicat și prin intermediul modelului de undă împrăștierea luminii albe în diferite culori ale curcubeului. El a arătat că în fiecare mediu, fiecare dintre culorile care alcătuiesc lumina are o frecvență și o lungime de undă caracteristice.

În acest fel, datorită acestui experiment, el a demonstrat natura valurilor luminii.

Interesant este că, de-a lungul timpului, acest experiment s-a dovedit cheie pentru a demonstra dualitatea undelor corpusculare a luminii, o caracteristică fundamentală a mecanicii cuantice.

Referințe

1. Burke, John Robert (1999). Fizica: natura lucrurilor. Mexic DF: International Thomson Editores.
2. „Christiaan Huygens”. Enciclopedia Biografiei Mondiale. 2004. Enciclopedia.com. (14 decembrie 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizic. Ediția a III-a. Barcelona: m-am inversat.
4. Principiul de propagare a undelor lui David AB Miller Huygens a fost corectat, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Principiul Fresnel (nd). În Wikipedia. Preluat la 1 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.
6. Lumina (nd). În Wikipedia. Preluat la 1 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.

Experimentul lui Young (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 1 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.