Huygenův princip vlnové analýzy vám pomůže pochopit pohyby vln kolem objektů. Chování vln může být někdy kontraintuitivní. Je snadné myslet na vlny, jako by se jen pohybovaly po přímce, ale máme dobrý důkaz, že to často prostě není pravda.
Například, pokud někdo křičí, zvuk se šíří ve všech směrech od této osoby. Ale pokud jsou v kuchyni s pouze jedním dveřím a křičí, vlna směřující ke dveřím do jídelny prochází těmito dveřmi, ale zbytek zvuku zasáhne zeď. Pokud je jídelna ve tvaru písmene L a někdo je v obývacím pokoji, který je za rohem a skrz jiné dveře, stále uslyší křik. Kdyby se zvuk pohyboval v přímém směru od osoby, která křičela, nebylo by to možné, protože by neexistoval způsob, jak by se zvuk pohyboval za rohem.
Tuto otázku řešila Christiaan Huygens (1629-1695), muž, který byl také známý vytvořením některých první mechanické hodiny a jeho práce v této oblasti měla vliv na Sir Isaac Newton když vyvinul svou částečnou teorii světla.
Definice principu společnosti Huygens
Huygensův princip vlnové analýzy v zásadě uvádí, že:
Každý bod čela vlny může být považován za zdroj sekundárních vln, které se šíří ve všech směrech rychlostí rovnající se rychlosti šíření vln.
To znamená, že když máte vlnu, můžete vidět „hranu“ vlny tak, jak skutečně vytváří řadu kruhových vln. Tyto vlny se ve většině případů spojují, aby pokračovaly v šíření, ale v některých případech existují významné pozorovatelné účinky. Na vlnoplochu lze nahlížet jako na čáru tečna na všechny tyto kruhové vlny.
Tyto výsledky lze získat odděleně od Maxwellových rovnic, i když Huygensův princip (který přišel jako první) je užitečným modelem a je často vhodný pro výpočty vlnových jevů. Je zajímavé, že Huygensova práce předcházela práci James Clerk Maxwell asi o dvě století, a přesto se zdálo, že to předvídá, bez pevného teoretického základu, který Maxwell poskytl. Ampérův zákon a Faradayův zákon předpovídat, že každý bod v elektromagnetické vlně funguje jako zdroj pokračující vlny, což je zcela v souladu s Huygensovou analýzou.
Huygensův princip a difrakce
Když světlo prochází otvorem (otvor uvnitř bariéry), každý bod světelné vlny uvnitř clony lze nahlížet jako na vytvoření kruhové vlny, která se šíří směrem ven clona.
Clona se proto považuje za vytvoření nového zdroje vln, který se šíří ve formě kruhového vlnoplochy. Střed nábřeží má větší intenzitu, s blednutím intenzity s blížícími se okraji. Vysvětluje to difrakce pozorováno a proč světlo skrz clonu nevytváří dokonalý obraz clony na obrazovce. Hrany se na tomto principu „rozprostřou“.
Příklad tohoto principu v práci je běžný v každodenním životě. Pokud je někdo v jiné místnosti a volá k vám, zvuk vypadá, že přichází ze dveří (pokud nemáte velmi tenké stěny).
Huygensův princip a reflexe / lom
Zákony odraz a lom lze odvodit z Huygensova principu. Body podél čela vlny jsou považovány za zdroje podél povrchu refrakčního média, přičemž v tomto bodě se celková vlna ohýbá na základě nového média.
Účinkem odrazu i lomu je změna směru nezávislých vln, které jsou emitovány bodovými zdroji. Výsledky přísných výpočtů jsou totožné s výsledky získanými z Newtonovy geometrické optiky (jako je Snellův zákon lomu), který byl odvozen podle částicového principu světla - i když Newtonova metoda je ve svém vysvětlení méně elegantní difrakce.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.