HUYGENS VÅGTEORI OM LJUS - FYSISK - 2025

Den våg teorin om ljus Huygens definierad ljus som en våg, liknande ljudet eller mekaniska vågor som produceras i vattnet. Å andra sidan hävdade Newton att ljus var uppbyggt av materialpartiklar som han kallade kroppar.

Ljus har alltid väckt mänskligt intresse och nyfikenhet. På detta sätt har ett av fysikens grundläggande problem sedan starten varit att avslöja ljusets mysterier.

Christiaan huygens

Av dessa skäl har det genom vetenskapens historia funnits olika teorier som försökte förklara dess sanna natur.

Det var emellertid först i slutet av sjuttonhundratalet och det tidiga artonhundratalet, med teorierna om Isaac Newton och Christiaan Huygens, som grunden för en djupare förståelse av ljus började läggas.

Principer för Huygens vågteori om ljus

1678 formulerade Christiaan Huygens sin vågteori om ljus, som han senare publicerade 1690 i sin Treatise on light.

Den holländska fysikern föreslog att ljus släpptes i alla riktningar som en uppsättning vågor som färdades genom ett medium som han kallade eter. Eftersom vågor inte påverkas av tyngdkraften antog han att hastigheten på vågorna skulle minska när de gick in i ett tätare medium.

Hans modell var särskilt användbar för att förklara Snell-Descartes lag om reflektion och brytning. Det förklarade också tillfredsställande fenomenet diffraktion.

Hans teori var i grunden baserad på två begrepp:

a) Ljuskällor avger sfäriska formade vågor, liknande de vågor som förekommer på vattenytan. På detta sätt definieras ljusstrålarna av linjer vars riktning är vinkelrätt mot vågens yta.

b) Varje vågpunkt är i sin tur ett nytt emitterande centrum för sekundära vågor, som avges med samma frekvens och hastighet som kännetecknade de primära vågorna. Oändligheten hos sekundära vågor uppfattas inte, så vågen som härrör från dessa sekundära vågor är deras hölje.

Huygens vågteori accepterades emellertid inte av forskare från hans tid, med få undantag som Robert Hookes.

Newtons enorma prestige och den stora framgången som hans mekanik uppnådde tillsammans med problemen för att förstå eterbegreppet, gjorde att de flesta av samtida forskare båda väljer den engelska fysikerens corpuskulära teori.

Reflexion

Reflektion är ett optiskt fenomen som inträffar när en våg är snett infallande på en separationsyta mellan två media och genomgår en riktningsförändring och återförs till det första mediet tillsammans med en del av rörelsens energi.

Reflektionslagarna är följande:

Första lagen

Den reflekterade strålen, händelsen och den normala (eller vinkelrätt) är belägna i samma plan.

Andra lagen

Värdet på infallsvinkeln är exakt samma som reflektionsvinkeln.

Huygens princip tillåter oss att demonstrera reflektionslagarna. Det visar sig att när en våg når separationen av media, blir varje punkt ett nytt emitterfokus som avger sekundära vågor. Den reflekterade vågfronten är sekundärvågens hölje. Vinkeln på den reflekterade sekundära vågfronten är exakt densamma som infallsvinkeln.

Refraktion

Brytning är emellertid fenomenet som äger rum när en våg snett påverkar en klyfta mellan två media, som har olika brytningsindex.

När detta händer penetrerar vågen och överförs en halv sekund tillsammans med en del av rörelsens energi. Brytning sker som en följd av den olika hastigheten med vilken vågorna sprider sig i de olika medierna.

Ett typiskt exempel på fenomenet med brytning kan observeras när ett föremål (till exempel en penna eller en kulspetspenna) delvis införs i ett glas vatten.

Huygens princip gav en övertygande förklaring till brytning. Punkterna på vågfronten vid gränsen mellan de två medierna fungerar som nya källor till ljusutbredning och därmed förändras utbredningsriktningen.

Diffraktion

Diffraktion är ett karakteristiskt fysiskt fenomen av vågor (det förekommer i alla typer av vågor) som består av avböjning av vågor när de möter ett hinder i deras väg eller passerar genom en slits.

Man bör komma ihåg att diffraktion endast inträffar när vågen är förvrängd av ett hinder vars dimensioner är jämförbara med dess våglängd.

Huygens teori förklarar att när ljuset faller på en slits, blir alla punkter i dess plan sekundära vågkällor, som emitterar, som redan förklarats tidigare, nya vågor, som i detta fall kallas diffraktionerade vågor.

De obesvarade frågorna från Huygens teori

Huygens princip lämnade en serie frågor obesvarade. Hans påstående att varje punkt på en vågfront i sig var en källa till en ny våg misslyckades med att förklara varför ljus sprider sig både bakåt och framåt.

På samma sätt var förklaringen av begreppet eter inte helt tillfredsställande och var ett av orsakerna till att hans teori ursprungligen inte accepterades.

Återställning av vågmodellen

Det var först på 1800-talet som vågmodellen återhämtades. Det var främst tack vare Thomas Youngs bidrag som lyckades förklara alla ljusfenomen med utgångspunkt i att ljus är en longitudinell våg.

Speciellt genomförde han 1801 sitt berömda dubbelslitsexperiment. Med detta experiment verifierade Young ett interferensmönster i ljus från en avlägsen ljuskälla när det diffraherades efter att ha passerat två slitsar.

På samma sätt förklarade Young också med hjälp av vågmodellen spridningen av vitt ljus i de olika färgerna på regnbågen. Han visade att var och en av de färger som utgör ljus i varje medium har en karakteristisk frekvens och våglängd.

På detta sätt demonstrerade han tack vare detta experiment ljusets vågart.

Intressant nog visade det här experimentet nyckeln till att visa corpuskelvågdubbelligheten av ljus, en grundläggande egenskap hos kvantmekaniken.

referenser

1. Burke, John Robert (1999). Fysik: saker och ting. Mexico DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Encyclopedia of World Biography. 2004. Encyclopedia.com. (14 december 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fysisk. 3: e upplagan. Barcelona: Jag vänt.
4. David AB Miller Huygens vågutbredningsprincip korrigerad, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnel-principen (nd). På Wikipedia. Hämtad den 1 april 2018 från en.wikipedia.org.
6. Ljus (nd). På Wikipedia. Hämtad 1 april 2018 från en.wikipedia.org.

Youngs experiment (nd). På Wikipedia. Hämtad den 1 april 2018 från es.wikipedia.org.