Huygenov princíp vlnovej analýzy vám pomôže porozumieť pohyby vĺn okolo objektov. Správanie sa vĺn môže byť niekedy kontraintuitívne. Je ľahké premýšľať o vlnách, akoby sa len pohybovali po priamke, ale máme dobrý dôkaz, že to často jednoducho nie je pravda.
Napríklad, ak niekto kričí, zvuk sa šíri vo všetkých smeroch od tejto osoby. Ale ak sú v kuchyni iba s jednými dverami a kričia, vlna smerujúca k dverám do jedálne prechádza cez tieto dvere, ale zvyšok zvuku zasiahne stenu. Ak je jedáleň v tvare písmena L a niekto je v obývacej izbe, ktorá je za rohom a cez iné dvere, stále počuje výkrik. Keby sa zvuk pohyboval v priamej línii od osoby, ktorá kričala, bolo by to nemožné, pretože by neexistoval spôsob, ako by sa zvuk pohyboval za rohom.
Túto otázku riešila Christiaan Huygens (1629 - 1695), muž, ktorý bol tiež známy vytvorením niektorých prvé mechanické hodiny a jeho práca v tejto oblasti mala vplyv na Sir Isaac Newton keď rozvinul svoju teóriu častíc, svetla.
Definícia princípu spoločnosti Huygens
Huygenov princíp vlnovej analýzy v zásade uvádza, že:
Každý bod čela vlny sa môže považovať za zdroj sekundárnych vlniek, ktoré sa šíria vo všetkých smeroch rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti šírenia vĺn.
To znamená, že keď máte vlnu, môžete vidieť „hranu“ vlny ako skutočne vytvárať sériu kruhových vĺn. Tieto vlny sa vo väčšine prípadov spoja, aby pokračovali v šírení, ale v niektorých prípadoch sú pozorovateľné významné účinky. Na nábreží sa dá nazerať ako na čiaru tangenta na všetky tieto kruhové vlny.
Tieto výsledky je možné získať oddelene od Maxwellových rovníc, hoci Huygensov princíp (ktorý prišiel na prvom mieste) je užitočným modelom a je často vhodný na výpočty javov vĺn. Je zaujímavé, že práca spoločnosti Huygens predchádzala práci spoločnosti James Clerk Maxwell asi o dve storočia, a zdá sa, že to predpovedá, bez pevného teoretického základu, ktorý Maxwell poskytol. Ampérov zákon a Faradayov zákon predpovedajú, že každý bod v elektromagnetickej vlne pôsobí ako zdroj pokračujúcej vlny, čo je úplne v súlade s Huygensovou analýzou.
Huygensov princíp a difrakcia
Keď svetlo prechádza otvorom (otvor v bariére), každý bod svetelnej vlny vo vnútri otvoru možno považovať za vytvorenie kruhovej vlny, ktorá sa šíri smerom von z otvor.
Otvor sa preto považuje za nový zdroj vlny, ktorý sa šíri vo forme kruhového čela vlny. Stred nábrežia má väčšiu intenzitu s blednutím intenzity pri priblížení sa k okrajom. Vysvetľuje to difrakcie pozorované a prečo svetlo cez clonu nevytvára dokonalý obraz clony na obrazovke. Hrany sa „rozšíria“ na základe tohto princípu.
Príklad tohto princípu v práci je bežný v každodennom živote. Ak je niekto v inej miestnosti a volá k vám, zvuk sa zdá prichádzať z dverí (pokiaľ nemáte veľmi tenké steny).
Huygensov princíp a reflexia / lom
Zákony odraz a lom môžu byť odvodené od Huygensovho princípu. S bodmi pozdĺž čela vlny sa zaobchádza ako so zdrojmi pozdĺž povrchu refrakčného média, v tomto bode sa celková vlna ohýba na základe nového média.
Účinkom odrazu aj lomu je zmena smeru nezávislých vĺn, ktoré sú emitované bodovými zdrojmi. Výsledky dôsledných výpočtov sú totožné s výsledkami získanými z Newtonovej geometrickej optiky (napríklad Snellov zákon refrakcia), ktorá bola odvodená od časticového princípu svetla - aj keď Newtonova metóda je v jej vysvetlení menej elegantná difrakcia.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.