Huygeno bangų analizės principas padeda suprasti bangų judesiai aplink objektus. Bangų elgesys kartais gali būti neigiamas. Apie bangas lengva galvoti taip, tarsi jos tiesiog judėtų tiesia linija, tačiau turime svarių įrodymų, kad tai dažnai netiesa.
Pvz., Jei kas nors šaukia, garsas iš to asmens sklinda į visas puses. Bet jei jie yra virtuvėje tik su vienomis durimis ir šaukia, banga, einanti link durų į valgomąjį, eina pro tas duris, bet likęs garsas sklinda į sieną. Jei valgomasis yra L formos, o kažkas yra gyvenamajame kambaryje, esančiame už kampo ir pro kitas duris, jie vis tiek išgirs šauksmą. Jei garsas judėtų tiesiai iš šaukiančio žmogaus, tai būtų neįmanoma, nes garsas negalėtų judėti už kampo.
Šį klausimą sprendė Christiaan Huygens (1629–1695), žmogus, kuris taip pat buvo žinomas dėl kai kurių pirmieji mechaniniai laikrodžiai ir jo darbas šioje srityje turėjo įtakos Seras Izaokas Niutonas plėtodamas savo dalelių šviesos teoriją.
Huygenso principo apibrėžimas
Huygenso bangų analizės principas iš esmės teigia:
Kiekvienas bangos fronto taškas gali būti laikomas antrinių bangų šaltiniu, kuris pasklinda į visas puses greičiu, lygiu bangų sklidimo greičiui.
Tai reiškia, kad kai turite bangą, galite pamatyti „bangos kraštą“ kaip iš tikrųjų sukuriantį žiedinių bangų seriją. Šios bangos dažniausiai derinamos, kad tik tęstųsi sklidimas, tačiau kai kuriais atvejais yra pastebimas pastebimas poveikis. Į bangos frontą galima žiūrėti kaip į liniją liestinė į visas šias žiedines bangas.
Šiuos rezultatus galima gauti atskirai nuo Maxwello lygčių, nors Huygenso principas (kuris buvo pirmas) yra naudingas modelis ir dažnai yra patogus skaičiuojant bangų reiškinius. Įdomu, kad Huygenso darbai buvo ankstesni už Jamesas Clerkas Maxwellas maždaug per du šimtmečius, ir vis dėlto atrodė, kad to tikimasi neturėdamas tvirto teorinio pagrindo, kurį pateikė Maxvelas. Ampero dėsnis ir Faradėjaus įstatymas prognozuoja, kad kiekvienas elektromagnetinės bangos taškas veikia kaip besitęsiančios bangos šaltinis, o tai visiškai atitinka Huygenso analizę.
Huygenso principas ir difrakcija
Kai šviesa eina per angą (angą barjero viduje), kiekvienas šviesos bangos taškas diafragmos viduje gali būti vertinamas kaip sukuriantis apskritą bangą, sklindančią iš išorės diafragma.
Taigi diafragma traktuojama kaip sukurianti naują bangos šaltinį, kuris sklinda apskritos bangos formos pavidalu. Bangos fronto centras turi didesnį intensyvumą, artėjant briaunoms, intensyvumas blunka. Tai paaiškina difrakcija stebima, ir kodėl šviesa per diafragmą nesudaro tobula diafragmos vaizdo ekrane. Briaunos "išsiskleidžia" remiantis šiuo principu.
Šio principo pavyzdys darbe yra įprastas kasdieniame gyvenime. Jei kas nors yra kitame kambaryje ir skambina jūsų link, garsas sklinda iš durų (nebent jūs turite labai plonas sienas).
Huygenso principas ir atspindys / refrakcija
Lietuvos Respublikos įstatymai atspindys ir refrakcija gali būti kildinama iš Huygenso principo. Taškai išilgai bangos kranto yra traktuojami kaip šaltiniai lūžio taškelio paviršiuje, ir taškas yra toks, kad bendra banga lenkiasi naujos terpės pagrindu.
Tiek atspindžio, tiek refrakcijos rezultatas yra pakeisti nepriklausomų bangų, kurias skleidžia taškiniai šaltiniai, kryptį. Griežtų skaičiavimų rezultatai sutampa su gautais iš Niutono geometrinės optikos (pvz., Snello dėsnis refrakcija), kuri buvo išvesta pagal dalelių šviesos principą, nors Niutono metodas yra mažiau elegantiškas paaiškinant difrakcija.
Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.