Huygen hullám-elemzés elve segít megérteni a hullámmozgások tárgyak körül. A hullámok viselkedése néha ellentétes lehet. Könnyű úgy gondolkodni a hullámokra, mintha csak egyenes vonalban mozognának, de jó bizonyítékokkal rendelkezik, hogy ez gyakran egyszerűen nem igaz.
Például, ha valaki kiált, a hang minden irányba elterjed az adott személytől. De ha csak egy ajtóval rendelkező konyhában vannak, és kiabálnak, az ajtó felé vezető hullám az ebédlőbe megy keresztül az ajtón, de a többi hang a falnak ütközik. Ha az ebédlő L alakú, és valaki egy sarok körül és egy másik ajtónál lévő nappali szobájában van, akkor még mindig hallja a kiáltást. Ha a hang egyenes vonalban mozogna a kiáltótól, akkor ez lehetetlen, mert a hangnak nem lehet mozognia a sarkon.
Ezt a kérdést Christiaan Huygens (1629-1695) kezelte, aki olyan ember volt, aki ismert volt néhány első mechanikus órák és ezen a téren végzett munkája befolyásolta Sir Isaac Newton ahogy a fény részecskeelméletét kifejlesztette.
Huygens elv meghatározása
A Huygens hullámanalízis elve alapvetően kimondja:
A hullámfront minden pontját másodlagos hullámok forrásának lehet tekinteni, amelyek minden irányban eloszlanak a hullámok terjedési sebességével megegyező sebességgel.
Ez azt jelenti, hogy ha van egy hullám, akkor úgy tekintheti meg, hogy a hullám "széle" ténylegesen kör alakú hullámok sorozatát hozza létre. Ezek a hullámok a legtöbb esetben összekapcsolódnak, hogy csak folytatják a terjedést, de bizonyos esetekben jelentős megfigyelhető hatások vannak. A hullámfront vonalnak tekinthető tangens mindezen kör alakú hullámokhoz.
Ezeket az eredményeket külön lehet megszerezni a Maxwell-egyenletektől, bár Huygens-elv (amely először jött létre) hasznos modell, és gyakran kényelmes a hullámjelenségek kiszámításához. Érdekes, hogy Huygens munkája megelőzte a James Clerk Maxwell körülbelül két évszázaddal, és úgy tűnt, hogy előre is látja, anélkül, hogy megalapozott elméleti alapot adna Maxwell. Ampere törvénye és Faraday törvénye azt jósolják, hogy az elektromágneses hullám minden pontja a folytonos hullám forrásaként működik, ami tökéletesen összhangban van Huygens elemzésével.
Huygens-elv és diffrakció
Amikor a fény áthalad egy nyíláson (egy akadályon belüli nyíláson), akkor a fény hullámának minden pontja megjelenik a nyíláson belül úgy tekinthető, hogy egy kör alakú hullámot hoz létre, amely előrehalad a nyílás.
Ezért a nyílást úgy tekintik, mint egy új hullámforrást, amely kör alakú hullámfront formájában terjed. A hullámfront közepe nagyobb intenzitással rendelkezik, és az élek megközelítésekor az intenzitás elhalványul. Ez magyarázza a fényelhajlás és miért nem hozza létre a képernyőn a rekesz tökéletes képét. A szélek ezen elv alapján "eloszlanak".
Ennek a munkahelyi elvnek a példája a mindennapi életben. Ha valaki egy másik szobában van, és ön felé szólít, úgy tűnik, hogy a hang az ajtóból jön (kivéve, ha nagyon vékony falak vannak).
Huygens alapelve és reflexió / reflexió
Törvényei visszaverődés és a refrakció mind Huygens-elvből származtatható. A hullámfront mentén lévő pontokat forrásként kell kezelni a törésközeg felületén, ahol a teljes hullám az új közeg alapján hajlik.
Mind a reflexió, mind a refrakció megváltoztatja a pontforrások által kibocsátott független hullámok irányát. A szigorú számítások eredményei megegyeznek azzal, amit Newton geometriai optikájából nyernek (mint például Snell refrakció), amelyet a fény részecske-elve alapján derítettünk ki, bár Newton módszerének magyarázata kevésbé elegáns diffrakciós.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.