HUYGENSOVA VLNOVÁ TEORIE SVĚTLA - FYZICKÝ - 2025

Vlnové teorie světla Huygens definována světlo jako vlna, podobný zvuku nebo mechanických vln vyrobených ve vodě. Na druhé straně Newton tvrdil, že světlo bylo tvořeno částicemi materiálu, které nazýval tělními tělísky.

Světlo vždy vzbudilo lidský zájem a zvědavost. Tímto způsobem bylo od jeho vzniku jedním ze základních problémů fyziky odhalení tajemství světla.

Christiaan huygens

Z těchto důvodů byly v dějinách vědy různé teorie, které se snažily vysvětlit její pravou podstatu.

Teprve na konci sedmnáctého a na počátku osmnáctého století, s teoriemi Izáka Newtona a Christiaana Huygense, však začaly být položeny základy pro hlubší pochopení světla.

Principy teorie vln Huygensovy vlny

V 1678, Christiaan Huygens formuloval jeho vlnovou teorii světla, který on později publikoval v 1690 v jeho pojednání o světle.

Nizozemský fyzik navrhl, že světlo bylo vyzařováno ve všech směrech jako soubor vln, které procházely médiem, které nazýval éterem. Protože vlny nejsou ovlivněny gravitací, předpokládal, že se rychlost vln sníží, když vstoupí do hustšího média.

Jeho model byl zvláště užitečný při vysvětlování Snell-Descartesova zákona odrazu a lomu. Také uspokojivě vysvětlil jev difrakce.

Jeho teorie byla v zásadě založena na dvou pojmech:

a) Světelné zdroje emitují sférické vlny podobné vlnám, které se vyskytují na hladině vody. Tímto způsobem jsou paprsky světla definovány čarami, jejichž směr je kolmý na povrch vlny.

b) Každý bod vlny je zase novým emisním střediskem pro sekundární vlny, které jsou emitovány se stejnou frekvencí a rychlostí, která charakterizovala primární vlny. Nekonečno sekundárních vln není vnímáno, takže vlna vyplývající z těchto sekundárních vln je jejich obálkou.

Vědci své doby však Huygensovu vlnovou teorii nepřijali, až na výjimky, jako je Robert Hooke.

Obrovská prestiž Newtona a velký úspěch, kterého jeho mechanika dosáhla, spolu s problémy pochopení pojmu éter, přiměly většinu současných vědců, aby se oba rozhodli pro korpuskulární teorii anglického fyzika.

Odraz

Reflexe je optický jev, ke kterému dochází, když vlna šikmo dopadne na oddělovací povrch mezi dvěma médii a podstoupí změnu směru, přičemž je vrácena na první médium spolu s částí energie pohybu.

Zákony reflexe jsou následující:

První zákon

Odražený paprsek, incident a normální (nebo kolmý), jsou umístěny ve stejné rovině.

Druhý zákon

Hodnota úhlu dopadu je přesně stejná jako hodnota úhlu odrazu.

Huygensův princip nám umožňuje demonstrovat zákony reflexe. Zjistilo se, že když vlna dosáhne separace média, každý bod se stane novým emitorovým fokusem emitujícím sekundární vlny. Odražené čelo vlny je obálkou sekundárních vln. Úhel této odražené přední sekundární vlny je přesně stejný jako úhel dopadu.

Lom světla

Refrakce je však jev, ke kterému dochází, když vlna šikmo dopadá na mezeru mezi dvěma médii, která mají odlišný index lomu.

Když k tomu dojde, vlna proniká a je přenášena na půl sekundy spolu s částí energie pohybu. K lomu dochází v důsledku různé rychlosti, s jakou se vlny šíří v různých médiích.

Typický příklad jevu lomu lze pozorovat, když je předmět (například tužka nebo kuličkové pero) částečně vložen do sklenice vody.

Huygensův princip poskytl přesvědčivé vysvětlení lomu. Body na frontě vlny umístěné na hranici mezi oběma médii fungují jako nové zdroje šíření světla a tím se mění směr šíření.

Difrakce

Difrakce je charakteristický fyzický jev vln (vyskytuje se ve všech typech vln), který se skládá z výchylky vln, když narazí na překážku v jejich cestě nebo projdou štěrbinou.

Je třeba mít na paměti, že k difrakci dochází pouze tehdy, je-li vlna deformována překážkou, jejíž rozměry jsou srovnatelné s její vlnovou délkou.

Huygensova teorie vysvětluje, že když světlo dopadne na štěrbinu, všechny body v jeho rovině se stávají sekundárními zdroji vln a emitují, jak již bylo vysvětleno, nové vlny, které se v tomto případě nazývají difrakční vlny.

Nezodpovězené otázky teorie Huygens

Huygensův princip ponechal řadu otázek nezodpovězených. Jeho tvrzení, že každý bod na nábřeží byl zase zdrojem nové vlny, nedokázal vysvětlit, proč se světlo šíří dozadu i dopředu.

Rovněž vysvětlení pojmu ether nebylo zcela uspokojivé a bylo jedním z důvodů, proč jeho teorie nebyla zpočátku přijata.

Obnova vlnového modelu

Až v 19. století byl vlnový model obnoven. To bylo hlavně díky příspěvkům Thomase Younga, který dokázal vysvětlit všechny jevy světla na základě toho, že světlo je podélná vlna.

Konkrétně v roce 1801 provedl svůj slavný experiment se dvěma štěrbinami. Tímto experimentem Young ověřil interferenční obrazec ve světle ze vzdáleného světelného zdroje, když se rozptylil po průchodu dvěma štěrbinami.

Stejně tak Young pomocí vlnového modelu vysvětlil rozptyl bílého světla v různých barvách duhy. Ukázal, že v každém médiu má každá z barev, které tvoří světlo, charakteristickou frekvenci a vlnovou délku.

Tímto způsobem díky tomuto experimentu ukázal vlnovou povahu světla.

Je zajímavé, že v průběhu doby se tento experiment ukázal jako klíčový pro demonstraci duality korpuskulárních vln, což je základní charakteristika kvantové mechaniky.

Reference

1. Burke, John Robert (1999). Fyzika: podstata věcí. Mexico DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Encyklopedie světové biografie. 2004. Encyclopedia.com. (14. prosince 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fyzický. 3. vydání. Barcelona: Obrátil jsem se.
4. Byl korigován princip šíření vln Davida AB Millera Huygense, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnelův princip (nd). Na Wikipedii. Citováno z 1. dubna 2018, z en.wikipedia.org.
6. Světlo (nd). Na Wikipedii. Citováno z 1. dubna 2018, z en.wikipedia.org.

Youngův experiment (nd). Na Wikipedii. Citováno z 1. dubna 2018, z es.wikipedia.org.