HUYGENSOVA VLNOVÁ TEÓRIA SVETLA - FYZICKÝ - 2026

Vlnovej teórie svetla Huygens definovaná svetlo ako vlna, podobný zvuku alebo mechanických vĺn vyrobených vo vode. Na druhej strane Newton tvrdil, že svetlo bolo tvorené materiálnymi časticami, ktoré nazýval krvinkami.

Svetlo vždy vzbudilo ľudský záujem a zvedavosť. Týmto spôsobom bolo od jeho vzniku jedným zo základných problémov fyziky odhalenie tajomstiev svetla.

Christiaan huygens

Z týchto dôvodov boli v dejinách vedy rôzne teórie, ktoré sa snažili vysvetliť jej pravú podstatu.

Až na konci sedemnásteho a na začiatku osemnásteho storočia, s teóriami Izáka Newtona a Christiaana Huygensa, sa však začali položiť základy hlbšieho pochopenia svetla.

Princípy teórie svetla Huygensovej vlny

V roku 1678 Christiaan Huygens sformuloval svoju vlnovú teóriu svetla, ktorú neskôr publikoval v roku 1690 vo svojom pojednaní o svetle.

Holandský fyzik navrhol, že svetlo bolo vyžarované vo všetkých smeroch ako súbor vĺn, ktoré prešli médiom, ktoré nazýval éter. Pretože vlny nie sú ovplyvnené gravitáciou, predpokladal, že rýchlosť vĺn by sa znížila, keď by vstúpili do hustejšieho média.

Jeho model bol obzvlášť užitočný pri vysvetľovaní Snell-Descartovho zákona odrazu a lomu. Taktiež uspokojivo vysvetlil jav difrakcie.

Jeho teória bola v zásade založená na dvoch konceptoch:

a) Zdroje svetla vyžarujú sférické vlny podobné vlnám, ktoré sa vyskytujú na hladine vody. Týmto spôsobom sú svetelné lúče definované čiarami, ktorých smer je kolmý na povrch vlny.

b) Každý bod vlny je zase novým vyžarovacím strediskom pre sekundárne vlny, ktoré sú emitované s rovnakou frekvenciou a rýchlosťou, ktorá charakterizovala primárne vlny. Nekonečno sekundárnych vĺn nie je vnímané, takže vlna vyplývajúca z týchto sekundárnych vĺn je ich obálkou.

Vedci svojej doby však teóriu vlny Huygensa neprijali, až na pár výnimiek, ako je napríklad Robert Hooke.

Vďaka obrovskej prestávke Newtonu a veľkému úspechu, ktorý jeho mechanika dosiahla, spolu s problémami s porozumením konceptu éteru, sa väčšina súčasných vedcov rozhodla zvoliť si korpuskulárnu teóriu anglického fyzika.

odraz

Odraz je optický jav, ktorý nastane, keď vlna šikmo dopadne na oddeľovaciu plochu medzi dvoma médiami a podstúpi zmenu smeru, pričom sa vracia na prvé médium spolu s časťou energie pohybu.

Zákony reflexie sú tieto:

Prvý zákon

Odrazený lúč, incident a normálna (alebo kolmá) sú umiestnené v rovnakej rovine.

Druhý zákon

Hodnota uhla dopadu je presne rovnaká ako uhol odrazu.

Huygensov princíp nám umožňuje demonštrovať zákony reflexie. Zistilo sa, že keď vlna dosiahne separáciu média, každý bod sa stáva novým zameraním žiariča emitujúcim sekundárne vlny. Odrážané čelo vlny je obalom sekundárnych vĺn. Uhol tejto odrazenej prednej sekundárnej vlny je presne rovnaký ako uhol dopadu.

lom svetla

Refrakcia je jav, ktorý nastane, keď vlna šikmo dopadne na medzeru medzi dvoma médiami, ktoré majú rôzne indexy lomu.

Keď k tomu dôjde, vlna preniká a je prenášaná na pol sekundy spolu s časťou energie pohybu. K lomu dochádza v dôsledku rozdielnej rýchlosti, s akou sa vlny šíria v rôznych médiách.

Typický príklad fenoménu lomu je možné pozorovať, keď sa predmet (napríklad ceruzka alebo guľôčkové pero) čiastočne vloží do pohára s vodou.

Huygensov princíp poskytol presvedčivé vysvetlenie lomu. Body na čele vlny umiestnené na hranici medzi týmito dvoma médiami pôsobia ako nové zdroje šírenia svetla, a teda sa mení smer šírenia.

difrakcie

Difrakcia je charakteristický fyzikálny fenomén vĺn (vyskytuje sa vo všetkých typoch vĺn), ktorý pozostáva z vychyľovania vĺn, keď narazia na prekážku v ich ceste alebo prejdú štrbinou.

Malo by sa pamätať na to, že k difrakcii dochádza iba vtedy, keď je vlna skreslená prekážkou, ktorej rozmery sú porovnateľné s jej vlnovou dĺžkou.

Huygensova teória vysvetľuje, že keď svetlo dopadne na štrbinu, všetky body v jeho rovine sa stanú sekundárnymi zdrojmi vĺn, pričom vyžarujú, ako už bolo vysvetlené vyššie, nové vlny, ktoré sa v tomto prípade nazývajú difrakčné vlny.

Nezodpovedané otázky teórie Huygensa

Huygensov princíp nechal celý rad otázok nezodpovedaných. Jeho tvrdenie, že každý bod na nábreží bol sám osebe zdrojom novej vlny, nedokázal vysvetliť, prečo sa svetlo šíri dozadu aj dopredu.

Taktiež vysvetlenie pojmu éter nebolo úplne uspokojivé a bolo jedným z dôvodov, prečo jeho teória nebola spočiatku akceptovaná.

Obnovenie vlnového modelu

Až v 19. storočí sa vlnový model obnovil. Bolo to hlavne vďaka príspevkom Thomasa Younga, ktorý dokázal vysvetliť všetky javy svetla na základe toho, že svetlo je pozdĺžna vlna.

Konkrétne v roku 1801 uskutočnil svoj slávny experiment s dvoma štrbinami. Týmto experimentom Young overil interferenčný obrazec svetla zo vzdialeného svetelného zdroja, keď sa rozptylil po prejdení dvoma štrbinami.

Rovnakým spôsobom Young tiež pomocou vlnového modelu vysvetlil rozptyl bieleho svetla v rôznych farbách dúhy. Ukázal, že v každom médiu má každá z farieb, ktoré tvoria svetlo, charakteristickú frekvenciu a vlnovú dĺžku.

Týmto experimentom demonštroval vlnovú povahu svetla.

Je zaujímavé, že v priebehu času sa tento experiment ukázal ako kľúčový pre demonštráciu duality svetla v tvare korpuskulárnej vlny, ktorá je základnou charakteristikou kvantovej mechaniky.

Referencie

1. Burke, John Robert (1999). Fyzika: podstata vecí. Mexico DF: Medzinárodní redaktori Thomson.
2. "Christiaan Huygens." Encyklopédia svetovej biografie. 2004. Encyclopedia.com. (14. decembra 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fyzický. 3. vydanie. Barcelona: Obrátil som sa.
4. Opravený princíp šírenia vĺn Davida AB Millera Huygensa, Optics Letters 16, s. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnelov princíp (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 1. apríla 2018, z en.wikipedia.org.
6. Svetlo (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 1. apríla 2018, z en.wikipedia.org.

Youngov experiment (nd). Na Wikipédii. Získané 1. apríla 2018, zo stránky es.wikipedia.org.