Принцип волнового анализа Гюйгена помогает вам понять движения волн вокруг предметов. Поведение волн иногда может быть нелогичным. О волнах легко думать, как будто они движутся по прямой линии, но у нас есть веские доказательства того, что это часто просто неправда.
Например, если кто-то кричит, звук распространяется во всех направлениях от этого человека. Но если они на кухне только с одной дверью и кричат, волна, направленная к двери в столовую, проходит через эту дверь, но остальной звук попадает в стену. Если столовая имеет L-образную форму, и кто-то находится в гостиной, которая находится за углом и через другую дверь, они все равно услышат крик. Если бы звук двигался по прямой линии от человека, который кричал, это было бы невозможно, потому что у звука не было бы возможности двигаться за угол.
Этот вопрос был решен Кристианом Гюйгенсом (1629-1695), человеком, который также был известен созданием некоторых из первые механические часы и его работа в этой области оказала влияние на Сэр Исаак Ньютон как он разработал свою теорию частиц света.
Определение принципа Гюйгенса
Принцип волнового анализа Гюйгенса в основном гласит:
Каждую точку волнового фронта можно считать источником вторичных вейвлетов, которые распространяются во всех направлениях со скоростью, равной скорости распространения волн.
Это означает, что когда у вас есть волна, вы можете рассматривать «край» волны как фактически создающий серию круговых волн. Эти волны в большинстве случаев объединяются, чтобы просто продолжить распространение, но в некоторых случаях наблюдаются значительные наблюдаемые эффекты. Волновой фронт можно рассматривать как линию касательный ко всем этим круговым волнам.
Эти результаты могут быть получены отдельно от уравнений Максвелла, хотя принцип Гюйгенса (который пришел первым) является полезной моделью и часто удобен для расчетов волновых явлений. Интересно, что работа Гюйгенса предшествовала Джеймс Клерк Максвелл примерно на два столетия, и все же, казалось, предвидели это, без твердой теоретической базы, которую предоставил Максвелл. Закон Ампера и Закон Фарадея предсказывают, что каждая точка в электромагнитной волне выступает источником продолжающейся волны, что совершенно соответствует анализу Гюйгенса.
Принцип Гюйгенса и дифракция
Когда свет проходит через отверстие (отверстие в барьере), каждая точка световой волны внутри апертуры можно рассматривать как создание круговой волны, которая распространяется от апертура.
Таким образом, апертура рассматривается как создание нового источника волны, который распространяется в форме кругового волнового фронта. Центр волнового фронта имеет большую интенсивность с уменьшением интенсивности при приближении к краям. Это объясняет дифракция наблюдается, и почему свет через апертуру не создает идеального изображения апертуры на экране. Края "разложены" по этому принципу.
Пример этого принципа на работе распространен в повседневной жизни. Если кто-то находится в другой комнате и зовет вас, кажется, что звук идет из дверного проема (если у вас нет очень тонких стен).
Принцип Гюйгенса и отражение / преломление
Законы отражение и рефракция может быть выведена из принципа Гюйгенса. Точки вдоль волнового фронта рассматриваются как источники вдоль поверхности преломляющей среды, и в этот момент общая волна изгибается на основе новой среды.
Эффект как отражения, так и преломления заключается в изменении направления независимых волн, излучаемых точечными источниками. Результаты строгих расчетов идентичны результатам, полученным из геометрической оптики Ньютона (такой как закон Снелла преломление), который был получен по принципу частиц света - хотя метод Ньютона менее элегантен в своем объяснении дифракция.
Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии