HUYGENSOVA TEORIJA SVETLOBE - FIZIČNO - 2026

Teorija valov lahkih Huygens definirano svetlobe kot val, podobno zvokom ali mehanskih valov, proizvedenih v vodi. Po drugi strani je Newton trdil, da je svetloba sestavljena iz materialnih delcev, ki jih je imenoval corpuscles.

Svetloba je vedno vzbujala človeško zanimanje in radovednost. Na ta način je bil že od nastanka eden temeljnih problemov fizike razkrivanje skrivnosti svetlobe.

Christiaan huygens

Zaradi tega so skozi zgodovino znanosti obstajale različne teorije, ki so poskušale razložiti njeno resnično naravo.

Temelj za globlje razumevanje svetlobe je bil postavljen šele v poznem sedemnajstem in začetku osemnajstega stoletja s teorijami Isaaca Newtona in Christiaana Huygena.

Načela Huygenske teorije svetlobe

Christiaan Huygens je leta 1678 formuliral svojo valovno teorijo svetlobe, ki jo je pozneje objavil leta 1690 v svojem Traktatu o svetlobi.

Nizozemski fizik je predlagal, da se svetloba oddaja v vse smeri kot niz valov, ki so potovali skozi medij, ki ga je imenoval eter. Ker na valove ne vpliva gravitacija, je domneval, da se bo hitrost valov zmanjšala, ko vstopijo v gostejši medij.

Njegov model je bil še posebej v pomoč pri razlagi Snell-Descartesovega zakona refleksije in refrakcije. Prav tako je zadovoljivo razložil pojav difrakcije.

Njegova teorija je v osnovi temeljila na dveh konceptih:

a) Svetlobni viri oddajajo kroglaste valove, podobne valovom, ki se pojavljajo na površini vode. Na ta način svetlobne žarke definiramo s črtami, katerih smer je pravokotna na površino vala.

b) Vsaka točka vala je nato nov oddajni center za sekundarne valove, ki se oddajajo z isto frekvenco in hitrostjo, ki je značilna za primarne valove. Neskončnost sekundarnih valov ni zaznana, zato je val, ki izhaja iz teh sekundarnih valov, njihova ovojnica.

Vendar znanstveniki njegovega časa Huygensove valovne teorije niso sprejeli z nekaj izjemami, kot je Robert Hooke.

Ogromen prestiž Newtona in velik uspeh, ki ga je dosegla njegova mehanika, skupaj s težavami razumevanja pojma etra sta večino sodobnih znanstvenikov izbrala za korpuskularno teorijo angleškega fizika.

Odsev

Odsev je optični pojav, ki se zgodi, ko se val ločeno naleti na ločevalno površino med dvema medijema in spremeni spremembo smeri ter se vrne v prvi medij skupaj z delom energije gibanja.

Zakoni razmišljanja so naslednji:

Prvi zakon

Odbojni žarek, vpadni in normalni (ali pravokotni) se nahajajo v isti ravnini.

Drugi zakon

Vrednost vpadnega kota je popolnoma enaka kot odsevnega kota.

Huygensov princip nam omogoča, da pokažemo zakone refleksije. Ugotovljeno je, da ko val doseže ločitev medija, vsaka točka postane nov žarček, ki oddaja sekundarne valove. Odsevana valovna fronta je ovojnica sekundarnih valov. Kot te odsevane sekundarne valovne fronte je popolnoma enak kotu vpadnega kota.

Prelomitev

Vendar pa je lomljenje pojav, ki se pojavi, ko val poševno pade na vrzel med dvema medijema, ki imata ločen indeks ločljivosti.

Ko se to zgodi, val prodre in se prenaša za pol sekunde skupaj z delom energije gibanja. Prelomitev nastane kot posledica različne hitrosti, s katero se valovi širijo v različnih medijih.

Značilen primer pojava refrakcije je mogoče opaziti, ko je predmet (na primer svinčnik ali kemični svinčnik) delno vstavljen v kozarec vode.

Huygensovo načelo je dalo prepričljivo razlago loma. Točke na valovni fronti, ki se nahajajo na meji med obema medijema, delujejo kot novi viri širjenja svetlobe in s tem se spremeni smer širjenja.

Difrakcija

Difrakcija je značilen fizični pojav valov (pojavlja se pri vseh vrstah valov), ki je sestavljen iz odklona valov, ko na svoji poti naletijo na oviro ali preidejo skozi režo.

Upoštevati je treba, da do difrakcije pride le, kadar valovanje popači ovira, katere dimenzije so primerljive z njeno valovno dolžino.

Huygensova teorija pojasnjuje, da ko svetloba pade na režo, vse točke v njeni ravnini postanejo sekundarni viri valov, ki oddajajo, kot je že razloženo, nove valove, ki jih v tem primeru imenujemo difraktirani valovi.

Neodgovorjena vprašanja Huygensove teorije

Huygensovo načelo je vrsto vprašanj ostalo brez odgovora. Njegova trditev, da je bila vsaka točka na valovodu vir novega vala, ni razložil, zakaj se svetloba širi tako nazaj kot naprej.

Prav tako razlaga koncepta etra ni bila povsem zadovoljiva in je bil eden od razlogov, da njegova teorija sprva ni bila sprejeta.

Obnova modela valov

Šele v 19. stoletju je bil obnovljen model valov. V glavnem zahvaljujoč prispevkom Thomasa Younga je uspelo razložiti vse pojave svetlobe na podlagi, da je svetloba vzdolžni val.

Natančneje, leta 1801 je izvedel svoj znameniti poskus z dvojno režo. S tem poskusom je Young preveril motenjski vzorec v svetlobi iz oddaljenega svetlobnega vira, ko se je ta presegla po prehodu skozi dve reži.

Na enak način je Young tudi z valnim modelom razložil razprševanje bele svetlobe v različnih barvah mavrice. Pokazal je, da ima v vsakem mediju vsaka barva, ki sestavlja svetlobo, značilno frekvenco in valovno dolžino.

Na ta način je zahvaljujoč temu eksperimentu prikazal valovno naravo svetlobe.

Zanimivo je, da se je sčasoma ta eksperiment izkazal za ključnega pomena za prikaz dvojnosti valov v telesu, ki je temeljna značilnost kvantne mehanike.

Reference

1. Burke, John Robert (1999). Fizika: narava stvari. Mehika DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Enciklopedija svetovne biografije. 2004. Encyclopedia.com. (14. december 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizično. 3. izdaja Barcelona: Obrnil sem se.
4. Popravljeno načelo širjenja valov David AB Miller Huygens, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnelovo načelo (drugo). V Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018 z en.wikipedia.org.
6. Luč (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018 z en.wikipedia.org.

Young-ov poskus (drugi). Na Wikipediji. Pridobljeno 1. aprila 2018 z es.wikipedia.org.