Hjūgena difrakcijas princips

Hjūgena viļņu analīzes princips palīdz jums izprast viļņu kustības ap objektiem. Viļņu izturēšanās dažreiz var būt pretintuitīva. Ir viegli domāt par viļņiem tā, it kā tie vienkārši virzītos taisnā līnijā, bet mums ir labi pierādījumi, ka tas bieži vien nav taisnība.

Piemēram, ja kāds kliedz, skaņa no šīs personas izplatās visos virzienos. Bet, ja viņi atrodas virtuvē, kur ir tikai vienas durvis, un viņi kliedz, vilnis, kas virzās uz durvju pusi uz ēdamistabu, iet caur šīm durvīm, bet pārējā skaņa atsitās pret sienu. Ja ēdamistaba ir L formas un kāds atrodas viesistabā, kas atrodas ap stūri un caur citām durvīm, viņi joprojām dzirdēs kliedzienu. Ja skaņa virzītos taisnā virzienā no cilvēka, kurš kliedza, tas nebūtu iespējams, jo skaņai nebūtu iespējas pārvietoties ap stūri.

Šo jautājumu risināja Christiaan Huygens (1629-1695), cilvēks, kurš bija pazīstams arī ar dažu pirmie mehāniskie pulksteņi un viņa darbs šajā jomā atstāja iespaidu Sers Īzaks Ņūtons attīstot savu gaismas daļiņu teoriju.

Hjūgena viļņu analīzes princips būtībā nosaka:

Katru viļņa frontes punktu var uzskatīt par sekundāro viļņu avotu, kas izkliedējas visos virzienos ar ātrumu, kas vienāds ar viļņu izplatīšanās ātrumu.

Tas nozīmē, ka, ja jums ir vilnis, jūs varat apskatīt viļņa "malu" kā tādu, kas rada virkni apļveida viļņu. Šie viļņi vairumā gadījumu apvienojas, lai tikai turpinātu izplatīšanos, bet dažos gadījumos ir ievērojama novērojama ietekme. Viļņu fronti var uzskatīt par līniju pieskare uz visiem šiem riņķveida viļņiem.

Šos rezultātus var iegūt atsevišķi no Maksvela vienādojumiem, lai gan Huigena princips (kas nāca pirmais) ir noderīgs modelis un bieži ir ērts viļņu parādību aprēķināšanai. Interesanti, ka Huygens darbs bija pirms Džeimss Klerks Maksvels apmēram divus gadsimtus, un tomēr šķita, ka to varētu paredzēt, bez cietā teorētiskā pamata, ko sniedza Maksvels. Amperes likums un Faraday likums prognozē, ka katrs elektromagnētiskā viļņa punkts darbojas kā nepārtraukta viļņa avots, kas pilnībā atbilst Huigena analīzei.

Kad gaisma iet caur atveri (atveri barjerā), katrs gaismas viļņa punkts diafragmas atvērumā var uzskatīt par tādu, kas rada apļveida vilni, kas virzās uz āru no atvērums.

Tāpēc atvērumu uzskata par tāda jauna viļņa avota radīšanu, kas izplatās apļveida viļņu frontes veidā. Tuvojoties malām, viļņu frontes centram ir lielāka intensitāte ar intensitātes izbalēšanu. Tas izskaidro difrakcija novērots un kāpēc gaisma caur diafragmu nerada perfektu diafragmas atvēruma attēlu uz ekrāna. Malas "izklāj", pamatojoties uz šo principu.

Šī principa piemērs darbā ir izplatīts ikdienas dzīvē. Ja kāds atrodas citā telpā un zvana pret jums, šķiet, ka skaņa nāk no durvju ailes (ja vien jums nav ļoti plānas sienas).

Likumi pārdomas un refrakciju var iegūt no Hjūgena principa. Punkti gar viļņa fronti tiek uzskatīti par avotiem gar refrakcijas līdzekļa virsmu, un šajā brīdī kopējais viļņa līkums balstās uz jauno barotni.

Gan refleksijas, gan refrakcijas rezultāts ir mainīt neatkarīgo viļņu virzienu, kurus izstaro punktveida avoti. Stingro aprēķinu rezultāti ir identiski tiem, kas iegūti no Ņūtona ģeometriskās optikas (piemēram, Snella likums refrakcija), kas tika atvasināts pēc daļiņu gaismas principa, lai gan Ņūtona metode ir mazāk eleganta tās skaidrojumā difrakcija.

Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.