ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА ГЮЙГЕНСА - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Волновой теории света Гюйгенса света определяется как волна, подобный звук или механических волн , возникающих в воде. С другой стороны, Ньютон утверждал, что свет состоит из материальных частиц, которые он назвал корпускулами.

Свет всегда вызывал у людей интерес и любопытство. Таким образом, с самого начала одной из фундаментальных проблем физики было раскрытие тайн света.

Христиан Хюйгенс

По этим причинам на протяжении всей истории науки существовали разные теории, которые пытались объяснить ее истинную природу.

Однако только в конце семнадцатого и начале восемнадцатого веков, с появлением теорий Исаака Ньютона и Христиана Гюйгенса, начали закладываться основы для более глубокого понимания света.

Принципы волновой теории света Гюйгенса

В 1678 году Христиан Гюйгенс сформулировал волновую теорию света, которую позже опубликовал в 1690 году в своем «Трактате о свете».

Голландский физик предположил, что свет излучается во всех направлениях в виде набора волн, проходящих через среду, которую он назвал эфиром. Поскольку на волны не действует гравитация, он предположил, что скорость волн уменьшится, когда они войдут в более плотную среду.

Его модель была особенно полезна для объяснения закона отражения и преломления Снеллиуса-Декарта. Он также удовлетворительно объяснил явление дифракции.

Его теория основывалась на двух концепциях:

а) Источники света излучают волны сферической формы, похожие на волны, возникающие на поверхности воды. Таким образом, световые лучи определяются линиями, направление которых перпендикулярно поверхности волны.

б) Каждая точка волны, в свою очередь, является новым центром излучения вторичных волн, которые излучаются с той же частотой и скоростью, что и первичные волны. Бесконечность вторичных волн не воспринимается, поэтому волна, возникающая из этих вторичных волн, является их огибающей.

Однако волновая теория Гюйгенса не была принята учеными его времени, за некоторыми исключениями, такими как Роберт Гук.

Огромный престиж Ньютона и большой успех, которого достигла его механика, вместе с проблемами понимания концепции эфира, заставили большинство современных ученых сделать выбор в пользу корпускулярной теории английского физика.

отражение

Отражение - это оптическое явление, которое происходит, когда волна наклонно падает на разделяющую поверхность между двумя средами и претерпевает изменение направления, возвращаясь в первую среду вместе с частью энергии движения.

Законы отражения следующие:

Первый закон

Отраженный луч, падающий и нормаль (или перпендикуляр) расположены в одной плоскости.

Второй закон

Значение угла падения точно такое же, как и угол отражения.

Принцип Гюйгенса позволяет продемонстрировать законы отражения. Обнаружено, что когда волна достигает раздела сред, каждая точка становится новым фокусом эмиттера, излучающего вторичные волны. Отраженный волновой фронт - это огибающая вторичных волн. Угол этого отраженного вторичного волнового фронта точно такой же, как угол падения.

преломление

Однако рефракция - это явление, которое имеет место, когда волна наклонно падает на зазор между двумя средами, которые имеют разные показатели преломления.

Когда это происходит, волна проникает и передается за полсекунды вместе с частью энергии движения. Преломление возникает как следствие разной скорости распространения волн в разных средах.

Типичный пример явления преломления можно наблюдать, когда объект (например, карандаш или шариковая ручка) частично помещается в стакан с водой.

Принцип Гюйгенса дал убедительное объяснение преломлению. Точки на фронте волны, расположенные на границе между двумя средами, действуют как новые источники распространения света, и поэтому направление распространения изменяется.

Дифракция

Дифракция - это характерное физическое явление волн (оно встречается во всех типах волн), которое состоит из отклонения волн, когда они сталкиваются с препятствием на своем пути или проходят через щель.

Следует иметь в виду, что дифракция возникает только при искажении волны препятствием, размеры которого сравнимы с ее длиной волны.

Теория Гюйгенса объясняет, что когда свет падает на щель, все точки в ее плоскости становятся вторичными источниками волн, излучающих, как уже объяснялось ранее, новые волны, которые в этом случае называются дифрагированными волнами.

Безответные вопросы теории Гюйгенса

Принцип Гюйгенса оставил без ответа ряд вопросов. Его заявление о том, что каждая точка волнового фронта сама по себе является источником новой волны, не объясняет, почему свет распространяется и назад, и вперед.

Точно так же объяснение концепции эфира не было полностью удовлетворительным и было одной из причин, почему его теория изначально не была принята.

Восстановление волновой модели

Волновая модель была восстановлена ​​только в 19 веке. В основном это произошло благодаря вкладу Томаса Янга, которому удалось объяснить все явления света на том основании, что свет - это продольная волна.

В частности, в 1801 году он провел свой знаменитый эксперимент с двойной щелью. С помощью этого эксперимента Янг проверил интерференционную картину в свете от удаленного источника света, когда он дифрагировал после прохождения через две щели.

Таким же образом Юнг объяснил с помощью волновой модели рассеяние белого света разными цветами радуги. Он показал, что в каждой среде каждый из цветов, составляющих свет, имеет характерную частоту и длину волны.

Таким образом, благодаря этому эксперименту он продемонстрировал волновую природу света.

Интересно, что со временем этот эксперимент оказался ключом к демонстрации корпускулярно-волнового дуализма света, фундаментальной характеристики квантовой механики.

Ссылки

1. Берк, Джон Роберт (1999). Физика: природа вещей. Мексика DF: International Thomson Editores.
2. «Христиан Гюйгенс». Энциклопедия мировой биографии. 2004. Encyclopedia.com. (14 декабря 2012 г.).
3. Типлер, Пол Аллен (1994). Физический. 3-е издание. «Барселона»: я сделал обратный ход.
4. Поправлен принцип распространения волн Дэвида А.Б. Миллера Гюйгенса, Optics Letters 16, стр. 1370-2 (1991)
5. Принцип Гюйгенса - Френеля (б. Д.). В Википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
6. Свет (nd). В Википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.

Эксперимент Юнга (nd). В Википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.