Huygeni laineanalüüsi põhimõte aitab teil mõista lainete liikumised objektide ümber. Lainete käitumine võib mõnikord olla vastupidine. Lainete kohta on lihtne mõelda nii, nagu need lihtsalt liiguksid sirgjooneliselt, kuid meil on häid tõendeid selle kohta, et see pole sageli tõsi.
Näiteks kui keegi karjub, levib heli sellest inimesest kõigis suundades. Kuid kui nad asuvad köögis, kus on ainult üks uks, ja nad karjuvad, läheb söögituppa ukse poole suunduv laine sellest uksest läbi, kuid ülejäänud heli tabab seina. Kui söögituba on L-kujuline ja keegi asub elutoas, mis asub nurga taga ja teise ukse kaudu, kuulevad nad ikkagi karjumist. Kui heli liiguks sirgjooneliselt inimese juurest, kes karjus, oleks see võimatu, kuna heli ei saaks kuidagi nurga taga liikuda.
Selle küsimusega tegeles Christiaan Huygens (1629-1695), mees, kes oli tuntud ka mõnede esimesed mehaanilised kellad ja tema töö selles valdkonnas avaldas mõju Sir Isaac Newton kui ta arendas välja oma osakeste valguse teooria.
Huygeni põhimõtte määratlus
Huygeni laineanalüüsi põhimõttes öeldakse põhimõtteliselt järgmist:
Laine frondi iga punkti võib pidada sekundaarsete lainete allikaks, mis levivad kõigis suundades kiirusega, mis on võrdne lainete levimiskiirusega.
See tähendab, et kui teil on laine, saate vaadata laine "serva" kui reaalset ringikujuliste lainete sarja. Need lained ühendavad enamikul juhtudel lihtsalt leviku jätkamiseks, kuid mõnel juhul on olulisi jälgitavaid efekte. Lainefronti saab vaadelda joonena puutuja kõigile neile ümmargustele lainetele.
Neid tulemusi on võimalik saada Maxwelli võrranditest eraldi, ehkki Huygeni põhimõte (mis tuli esimesena) on kasulik mudel ja sageli mugav lainete nähtuste arvutamiseks. On intrigeeriv, et Huygeni looming eelnes James Clerk Maxwell umbes kahe sajandi jooksul ja näis seda siiski ette nägevat, ilma kindla teoreetilise aluseta, mille Maxwell esitas. Ampere'i seadus ja Faraday seadus ennustavad, et elektromagnetilise laine iga punkt toimib jätkuva laine allikana, mis on täiesti kooskõlas Huygeni analüüsiga.
Huygeni põhimõte ja difraktsioon
Kui valgus läbib ava (tõkke sees olev ava), siis kõik valguslaine punktid ava sees võib vaadelda kui ümmargust lainet, mis levib sellest väljapoole ava.
Seetõttu käsitletakse ava uue laineallikana, mis levib ümmarguse lainefrondi kujul. Lainefrondi keskel on suurem intensiivsus, servade lähenedes intensiivsus tuhmub. See selgitab difraktsioon ja miks ava läbiva valguse abil ei saada ekraanil avakujutist täiuslikku pilti. Selle põhimõtte järgi servad "laiali".
Selle põhimõtte näide tööl on tavaline igapäevaelus. Kui keegi on teises toas ja helistab teie poole, tundub, et heli tuleb ukseavast (välja arvatud juhul, kui teil on väga õhukesed seinad).
Huygeni põhimõte ja peegeldus / refraktsioon
Seadused peegeldus ja nii murdumise võib tuletada Huygeni põhimõttest. Lainefrondi punkte käsitletakse kui murdumisnäitaja pinna allikaid, kus kogu laine paindub uue keskkonna järgi.
Nii peegelduse kui ka murdumise tagajärjel tuleb muuta punktallikatest eralduvate sõltumatute lainete suunda. Rangete arvutuste tulemused on samad, mis saadakse Newtoni geomeetrilisest optikast (näiteks Snelli seadus murdumine), mis tuletati valguse osakeste põhimõttel - ehkki Newtoni meetod on selle selgitamisel vähem elegantne difraktsioon.
Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.