Zasada analizy fal Huygen'a pomaga zrozumieć ruchy fal wokół obiektów. Zachowanie fal może czasem być sprzeczne z intuicją. Łatwo jest myśleć o falach, jakby poruszały się po linii prostej, ale mamy dobre dowody, że często jest to po prostu nieprawda.
Na przykład, jeśli ktoś krzyczy, dźwięk rozchodzi się we wszystkich kierunkach od tej osoby. Ale jeśli są w kuchni z tylko jednymi drzwiami i krzyczą, fala idąca w kierunku drzwi do jadalni przechodzi przez te drzwi, ale reszta dźwięku uderza w ścianę. Jeśli jadalnia ma kształt litery L, a ktoś znajduje się w salonie za rogiem i przez inne drzwi, nadal będzie słyszeć krzyk. Gdyby dźwięk poruszał się w linii prostej od osoby, która krzyczała, byłoby to niemożliwe, ponieważ dźwięk nie mógłby się poruszać za rogiem.
Pytanie to zostało rozwiązane przez Christiaana Huygensa (1629–1695), człowieka znanego również z tworzenia niektórych pierwsze zegary mechaniczne i jego praca w tym obszarze miała wpływ Sir Isaac Newton gdy rozwinął swoją teorię cząstek światła.
Definicja zasady Huygensa
Zasada analizy fal Huygensa zasadniczo stwierdza, że:
Każdy punkt czoła fali można uznać za źródło fal wtórnych, które rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach z prędkością równą prędkości rozprzestrzeniania się fal.
Oznacza to, że kiedy masz falę, możesz zobaczyć „krawędź” fali jako faktycznie tworzącą serię fal okrągłych. Fale te łączą się w większości przypadków, aby po prostu kontynuować propagację, ale w niektórych przypadkach można zaobserwować znaczące efekty. Front fali może być postrzegany jako linia tangens do wszystkich tych okrągłych fal.
Wyniki te można uzyskać oddzielnie od równań Maxwella, chociaż zasada Huygensa (która była pierwsza) jest użytecznym modelem i często jest dogodna do obliczeń zjawisk falowych. Intrygujące jest to, że prace Huygensa poprzedzały prace James Clerk Maxwell przez około dwa wieki, a jednak zdawało się to przewidywać, bez solidnych podstaw teoretycznych, które zapewnił Maxwell. Prawo Ampera i Prawo Faradaya przewidujemy, że każdy punkt fali elektromagnetycznej działa jako źródło fali ciągłej, co jest idealnie zgodne z analizą Huygensa.
Zasada i dyfrakcja Huygensa
Kiedy światło przechodzi przez otwór (otwór w barierze), każdy punkt fali świetlnej w otworze można postrzegać jako tworzenie fali kołowej, która rozchodzi się na zewnątrz od otwór.
Dlatego aperturę traktuje się jako tworzenie nowego źródła fali, które rozchodzi się w postaci okrągłego czoła fali. Środek czoła fali ma większą intensywność, z zanikaniem intensywności w miarę zbliżania się krawędzi. To wyjaśnia dyfrakcja zaobserwowano, i dlaczego światło przez otwór nie tworzy idealnego obrazu otworu na ekranie. Krawędzie „rozkładają się” w oparciu o tę zasadę.
Przykład tej zasady w pracy jest powszechny w życiu codziennym. Jeśli ktoś jest w innym pokoju i dzwoni do ciebie, dźwięk wydaje się dochodzić z drzwi (chyba że masz bardzo cienkie ściany).
Zasada Huygensa i odbicie / załamanie
Prawa odbicie załamanie można wywodzić z zasady Huygensa. Punkty wzdłuż czoła fali są traktowane jako źródła wzdłuż powierzchni ośrodka refrakcyjnego, w którym to momencie ogólna fala wygina się w oparciu o nowe medium.
Efektem zarówno odbicia, jak i załamania jest zmiana kierunku fal niezależnych emitowanych przez źródła punktowe. Wyniki rygorystycznych obliczeń są identyczne z wynikami uzyskanymi z optyki geometrycznej Newtona (np. Zasada Snella refrakcja), który został wyprowadzony na podstawie cząstkowej zasady światła - chociaż metoda Newtona jest mniej elegancka w wyjaśnieniu dyfrakcja.
Edytowany przez Dr Anne Marie Helmenstine