Huygensin diffraktion periaate

Huygenin aaltoanalyysin periaate auttaa sinua ymmärtämään aaltojen liikkeet esineiden ympärillä. Aaltojen käyttäytyminen voi joskus olla vasta-positiivinen. On helppo ajatella aaltoja ikään kuin ne vain liikkuvat suorassa linjassa, mutta meillä on hyviä todisteita siitä, että tämä ei usein yksinkertaisesti ole totta.

Esimerkiksi, jos joku huutaa, ääni leviää kyseisestä henkilöstä kaikkiin suuntiin. Mutta jos he ovat keittiössä, jossa on vain yksi ovi, ja he huutavat, ruokailuhuoneen ovea kohti kulkeva aalto menee oven läpi, mutta loput äänet osuvat seinään. Jos ruokasali on L-muotoinen ja joku on olohuoneessa, joka on nurkan takana ja toisen oven kautta, he kuulevat silti huudon. Jos ääni liikkuu suorassa linjassa huutaneen henkilön kanssa, se olisi mahdotonta, koska ääni ei voisi olla liikkumassa nurkan takana.

Christiaan Huygens (1629-1695), mies, joka oli myös tunnettu joidenkin ensimmäiset mekaaniset kellot ja hänen työnsä tällä alueella vaikutti Sir Isaac Newton kun hän kehitti valon hiukkasteoriaa.

Huygensin aaltoanalyysin periaatteessa todetaan periaatteessa seuraavaa:

Jokaista aallon etuosan pistettä voidaan pitää toissijaisten aallokkojen lähteenä, joka leviää kaikkiin suuntiin nopeudella, joka on yhtä suuri kuin aaltojen etenemisnopeus.

Tämä tarkoittaa sitä, että kun sinulla on aalto, voit katsoa aallon "reunaa" luomalla sarja pyöreitä aaltoja. Nämä aallot yhdistyvät useimmissa tapauksissa vain jatkaakseen etenemistä, mutta joissain tapauksissa on merkittäviä havaittavissa olevia vaikutuksia. Aallonrintamaa voidaan pitää linjana tangentti kaikille näille pyöreille aalloille.

Nämä tulokset voidaan saada erikseen Maxwellin yhtälöistä, vaikka Huygensin periaate (joka tuli ensin) on käyttökelpoinen malli ja on usein kätevä laskea aalto-ilmiöitä. On mielenkiintoista, että Huygensin teos eteni ennen James Clerk Maxwell noin kahdella vuosisadalla, ja näytti silti odottavan sitä, ilman Maxwellin tarjoamaa vankkaa teoreettista perustaa. Amperen laki ja Faradayn laki ennustavat, että jokainen sähkömagneettisen aallon piste toimii jatkuvan aallon lähteenä, mikä on täysin sopusoinnussa Huygensin analyysin kanssa.

Kun valo menee aukon (esteen sisällä olevan aukon) läpi, valon aallon jokainen piste aukon sisällä voidaan katsoa muodostavan pyöreä aalto, joka etenee ulospäin aukko.

Siksi aukkoa käsitellään luomalla uusi aallolähde, joka etenee ympyränmuotoisen aallonmuodon muodossa. Aallonrintaman keskipisteellä on suurempi intensiteetti, voimakkuuden häipyessä, kun reunoja lähestytään. Se selittää diffraktio ja miksi aukon läpi tuleva valo ei luo täydellistä kuvaa aukosta näytöllä. Reunat "leviävät" tämän periaatteen perusteella.

Esimerkki tästä periaatteesta työssä on yleinen arjessa. Jos joku on toisessa huoneessa ja soittaa kohti sinua, ääni näyttää tulevan oviaukosta (ellei sinulla ole hyvin ohuita seiniä).

Lain lakia heijastus ja refraktio voidaan molemmat johtaa Huygensin periaatteesta. Aallonrintamaa pitkin olevia pisteitä käsitellään lähteinä taitekestävän aineen pintaa pitkin, jolloin kokonaisaalto taipuu uuden väliaineen perusteella.

Sekä heijastumisen että taittumisen vaikutuksena on muuttaa pistelähteiden lähettämien riippumattomien aaltojen suuntaa. Tiukkojen laskelmien tulokset ovat samat kuin Newtonin geometrisestä optiikasta (kuten Snellin laki taitekerroin), joka johdettiin valon hiukkasperiaatteella - vaikka Newtonin menetelmä on vähemmän tyylikäs sen selityksessä diffraktio.

Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine