Huygens princip för våganalys hjälper dig att förstå vågornas rörelser runt objekt. Vågornas beteende kan ibland vara kontraintuitivt. Det är lätt att tänka på vågor som om de bara skulle rör dig i en rak linje, men vi har goda bevis för att det ofta helt enkelt inte stämmer
Om någon till exempel ropar sprider sig ljudet åt alla håll från den personen. Men om de är i ett kök med bara en dörr och de skriker, går vågen mot dörren in till matsalen genom den dörren, men resten av ljudet träffar väggen. Om matsalen är L-formad, och någon är i ett vardagsrum som är runt ett hörn och genom en annan dörr, kommer de fortfarande att höra ropet. Om ljudet rörde sig i en rak linje från personen som skrek, skulle detta vara omöjligt eftersom det inte skulle finnas något sätt för s att flytta runt hörnet.
Denna fråga togs upp av Christiaan Huygens (1629-1695), en man som också var känd för skapandet av några av de första mekaniska klockorna och hans arbete inom detta område hade ett inflytande på Sir Isaac Newton när han utvecklade sin partikelteori om ljus.
Huygens principdefinition
Huygens princip för våganalys säger i princip att:
Varje punkt i en vågfront kan anses vara källan till sekundära vågor som sprider sig i alla riktningar med en hastighet lika med vågornas utbredningshastighet.
Vad detta betyder är att när du har en våg, kan du se ”kanten” av vågen som faktiskt skapar en serie cirkulära vågor. Dessa vågor kombineras i de flesta fall för att bara fortsätta fortplantningen, men i vissa fall finns det betydande observerbara effekter. Vågfronten kan ses som linjen tangent till alla dessa cirkulära vågor .
Dessa resultat kan erhållas separat från Maxwells ekvationer, även om Huygens princip (som kom först) är en användbar modell och är ofta bekvämt för beräkningar av vågfenomen. Det är spännande att Huygens arbete föregick James Clerk Maxwells med ungefär två århundraden, och ändå tycktes förutse det, utan den solida teoretiska grund som Maxwell gav. Amperes lag och Faradays lag förutspår att varje punkt i en elektromagnetisk våg fungerar som en källa till den fortsatta vågen, vilket är helt i linje med Huygens analys. Huygens princip och diffraktion
När ljus går genom en öppning (en öppning i en barriär), punkten för ljusvågen inom bländaren kan ses som att skapa en cirkulär våg som fortplantar sig utåt från bländaren.
Bländaren behandlas därför som att skapa en ny vågkälla, som fortplantar sig i form av en cirkulär vågfront. Vågfrontens centrum har större intensitet, med en blekning av intensiteten när kanterna närmar sig. Den förklarar den observerade diffraktionen och varför ljuset genom en bländare inte skapar en perfekt bild av bländaren på en skärm. Kanterna ”sprider ut sig” utifrån denna princip.
Ett exempel på denna princip på jobbet är vanligt i vardagen. Om någon är i ett annat rum och ropar mot dig verkar ljudet komma från dörröppningen (om du inte har väldigt tunna väggar).
Huygens princip och reflektion/brytning Reflexionens lagar och brytning kan båda härledas från Huygens princip. Punkter längs vågfronten behandlas som källor längs ytan av det brytande mediet, vid vilken punkt den totala vågen böjer sig baserat på det nya mediet. Effekten av både reflektion och brytning är att ändra riktningen för de oberoende vågorna som är avges av punktkällorna. Resultaten av de rigorösa beräkningarna är identiska med vad som erhålls från Newtons geometriska optik (som Snells brytningslag), som härleddes under en partikelprincip av ljus – även om Newtons metod är mindre elegant i sin förklaring av diffraktion. Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.
