HUYGENSOVA TEORIJA SVJETLOSTI - FIZIČKA - 2024

Val teorija svjetlosti Huygens definirana svjetlost kao val, nalik na zvuk ili mehaničkih valova proizvedenih u vodi. S druge strane, Newton je tvrdio da se svjetlost sastoji od materijalnih čestica koje je nazvao corpuscles.

Svjetlost je uvijek budila ljudski interes i znatiželju. Na taj način, od svog nastanka, jedan od osnovnih problema fizike bio je otkrivanje misterija svjetlosti.

Christiaan huygens

Iz tih su razloga kroz povijest znanosti postojale različite teorije koje su pokušavale objasniti njegovu pravu prirodu.

Temelji dubljeg razumijevanja svjetla počeli su se postavljati tek krajem sedamnaestog i početkom osamnaestog stoljeća, teorijama Isaaca Newtona i Christiaana Huygena.

Načela Huygenske teorije svjetlosti

Christiaan Huygens je 1678. formulirao svoju valnu teoriju svjetlosti, koju je kasnije objavio 1690. godine u svom Traktatu o svjetlu.

Nizozemski fizičar predložio je da se svjetlost emitira u svim smjerovima kao skup valova koji su putovali kroz medij koji je nazvao eterom. Kako gravitacija ne utječe na valove, pretpostavio je da će se brzina valova smanjiti kad uđu u gušće medije.

Njegov model bio je osobito koristan u objašnjavanju Snell-Descartesova zakona refleksije i refrakcije. Također je zadovoljavajuće objasnio fenomen difrakcije.

Njegova se teorija u osnovi temeljila na dva koncepta:

a) Izvori svjetlosti emitiraju sferno oblikovane valove, slično valovima koji se javljaju na površini vode. Na taj se način svjetlosne zrake definiraju linijama čiji je smjer okomit na površinu vala.

b) Svaka tačka vala je zauzvrat novi centar za emitiranje sekundarnih valova koji se emitiraju jednakom frekvencijom i brzinom kojom su karakterizirani primarni valovi. Beskonačnost sekundarnih valova se ne opaža, pa je val koji nastaje iz tih sekundarnih valova njihova ovojnica.

Međutim, Huygensovu teoriju valova znanstvenici svoga vremena nisu prihvatili, osim nekoliko iznimaka, poput Roberta Hookea.

Ogroman prestiž Newtona i veliki uspjeh koji je postigla njegova mehanika, zajedno s problemima razumijevanja koncepta etera, natjerali su većinu suvremenih znanstvenika da se odluče za korpuskularnu teoriju engleskog fizičara.

Odraz

Refleksija je optička pojava koja se događa kada val kosi pada na površinu razdvajanja između dva medija i podvrgne promjeni smjera, vraćajući se prvom mediju zajedno s dijelom energije pokreta.

Zakoni refleksije su sljedeći:

Prvi zakon

Reflektirana zraka, incident i normal (ili okomito) smješteni su u istoj ravnini.

Drugi zakon

Vrijednost upadnog kuta potpuno je jednaka vrijednosti kuta refleksije.

Huygensov princip omogućava nam demonstriranje zakona refleksije. Utvrđeno je da kada val dosegne razdvajanje medija, svaka točka postaje novi fokus emitira koji emitira sekundarne valove. Reflektirana valovna fronta je ovojnica sekundarnih valova. Kut ovog reflektiranog fronta sekundarnog vala potpuno je isti kao i kut pada.

refrakcija

No, lomljenje je pojava koja se događa kada val kosi pada na jaz između dva medija koji imaju različit indeks loma.

Kad se to dogodi, val prodire i prenosi se na pola sekunde zajedno s dijelom energije pokreta. Preokret nastaje kao posljedica različite brzine kojom se valovi šire u različitim medijima.

Tipičan primjer fenomena refrakcije može se primijetiti kada je predmet (na primjer olovka ili hemijska olovka) djelomično ubačen u čašu vode.

Huygensov princip pružio je uvjerljivo objašnjenje za lomljenje. Točke na valnoj fronti smještene na granici između dva medija djeluju kao novi izvori širenja svjetlosti i time se mijenja smjer širenja.

difrakcija

Difrakcija je karakterističan fizički fenomen valova (javlja se kod svih vrsta valova) koji se sastoji od odvajanja valova kada na putu naiđu na prepreku ili prođu kroz prorez.

Treba imati na umu da difrakcija nastaje samo kad val iskrivi prepreka čije su dimenzije usporedive s njegovom valnom duljinom.

Huygensova teorija objašnjava da kada svjetlost padne na prorez, sve točke u njegovoj ravnini postaju sekundarni izvori valova, emitirajući, kao što je već objašnjeno, nove valove, koji se u ovom slučaju nazivaju difraktiranim valovima.

Neodgovorena pitanja Huygensove teorije

Huygensov princip ostavio je niz pitanja bez odgovora. Njegova tvrdnja da je svaka točka na valovima bila zauzvrat izvor novog vala, nije objasnio zašto se svjetlost širi i unatrag i prema naprijed.

Isto tako, objašnjenje koncepta etera nije u potpunosti zadovoljavajuće i bilo je jedan od razloga zašto njegova teorija u početku nije prihvaćena.

Oporavak valnog modela

Tek je u 19. stoljeću obnovljen valni model. Uglavnom zahvaljujući doprinosu Thomasa Younga koji je uspio objasniti sve pojave svjetlosti na temelju toga što je svjetlost uzdužni val.

Točnije, 1801. izveo je svoj poznati eksperiment s dvostrukim prorezima. Ovim eksperimentom Young je provjerio interferencijski uzorak svjetla iz udaljenog izvora svjetlosti kada je prodirao nakon prolaska kroz dvije proreze.

Young je na isti način objasnio pomoću valnog modela raspršenje bijele svjetlosti u različitim bojama duge. Pokazao je da u svakom mediju svaka boja koja čini svjetlost ima karakterističnu frekvenciju i valnu duljinu.

Na taj je način zahvaljujući ovom eksperimentu pokazao valnu prirodu svjetlosti.

Zanimljivo je da se s vremenom ovaj eksperiment pokazao ključnim za demonstriranje dualiteta trupnog vala svjetlosti, što je temeljna karakteristika kvantne mehanike.

Reference

1. Burke, John Robert (1999). Fizika: priroda stvari. Meksički DF: Međunarodni Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Enciklopedija svjetske biografije. 2004. Encyclopedia.com. (14. prosinca 2012.).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizička. 3. izdanje Barcelona: Preokrenuo sam se.
4. Ispravljen je princip širenja talasa David AB Miller Huygens, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnelov princip (nd). U Wikipediji. Preuzeto 1. travnja 2018. s en.wikipedia.org.
6. Svjetlo (drugo). U Wikipediji. Preuzeto 1. travnja 2018. s en.wikipedia.org.

Youngov eksperiment (drugi). Na Wikipediji. Preuzeto 1. travnja 2018. s es.wikipedia.org.