Huygens 'principe van diffractie

Het Huygen-principe van golfanalyse helpt u de bewegingen van golven rond objecten. Het gedrag van golven kan soms contra-intuïtief zijn. Het is gemakkelijk om aan golven te denken alsof ze gewoon in een rechte lijn bewegen, maar we hebben goede bewijzen dat dit vaak gewoon niet waar is.

Als iemand bijvoorbeeld roept, verspreidt het geluid zich in alle richtingen van die persoon. Maar als ze in een keuken zijn met maar één deur en ze schreeuwen, gaat de golf die richting de deur naar de eetkamer gaat door die deur, maar de rest van het geluid raakt de muur. Als de eetkamer L-vormig is en iemand in een woonkamer is die om een ​​hoek is en door een andere deur, zullen ze nog steeds de schreeuw horen. Als het geluid in een rechte lijn zou bewegen van de persoon die schreeuwde, zou dit onmogelijk zijn omdat het geluid op geen enkele manier om de hoek zou kunnen bewegen.

Deze vraag werd aangepakt door Christiaan Huygens (1629-1695), een man die ook bekend stond om de creatie van enkele van de

Het Huygens-principe van golfanalyse stelt in feite dat:

Elk punt van een golffront kan worden beschouwd als de bron van secundaire golven die zich in alle richtingen verspreiden met een snelheid die gelijk is aan de voortplantingssnelheid van de golven.

Dit betekent dat wanneer je een golf hebt, je de "rand" van de golf kunt zien als het creëren van een reeks cirkelvormige golven. Deze golven combineren in de meeste gevallen samen om de voortplanting gewoon voort te zetten, maar in sommige gevallen zijn er significante waarneembare effecten. Het golffront kan worden gezien als de lijn raaklijn aan al deze cirkelvormige golven.

Deze resultaten kunnen afzonderlijk worden verkregen uit de vergelijkingen van Maxwell, hoewel het Huygens-principe (dat het eerst kwam) een nuttig model is en vaak handig voor berekeningen van golffenomenen. Het is intrigerend dat Huygens 'werk aan dat van is voorafgegaan James Clerk Maxwell tegen ongeveer twee eeuwen, en toch leek het erop te anticiperen, zonder de solide theoretische basis die Maxwell bood. De wet van Ampere en De wet van Faraday voorspellen dat elk punt in een elektromagnetische golf als bron van de continue golf fungeert, wat perfect in lijn is met Huygens 'analyse.

Wanneer licht door een opening gaat (een opening binnen een barrière), elk punt van de lichtgolf binnen het diafragma kan worden gezien als het creëren van een cirkelvormige golf die zich vanaf de opening.

Het diafragma wordt daarom behandeld als een nieuwe golfbron, die zich voortplant in de vorm van een cirkelvormig golffront. Het midden van het golffront heeft een grotere intensiteit, met een vervaging van intensiteit naarmate de randen worden benaderd. Het verklaart de diffractie waargenomen, en waarom het licht door een diafragma geen perfect beeld van het diafragma op een scherm creëert. De randen "spreiden" op basis van dit principe.

Een voorbeeld van dit principe op het werk is gebruikelijk in het dagelijks leven. Als iemand in een andere kamer is en naar je toe roept, lijkt het geluid uit de deuropening te komen (tenzij je hele dunne muren hebt).

De wetten van reflectie en breking kan beide worden afgeleid van Huygens 'principe. Punten langs het golffront worden behandeld als bronnen langs het oppervlak van het brekingsmedium, waarna de algehele golf buigt op basis van het nieuwe medium.

Het effect van zowel reflectie als refractie is het veranderen van de richting van de onafhankelijke golven die worden uitgezonden door de puntbronnen. De resultaten van de rigoureuze berekeningen zijn identiek aan wat wordt verkregen uit de geometrische optica van Newton (zoals de wet van Snell refractie), die is afgeleid onder een deeltjesprincipe van licht - hoewel Newton's methode minder elegant is in zijn uitleg van diffractie.

Bewerkt door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.