- مبادئ نظرية موجة Huygens للضوء
- انعكاس
- القانون الأول
- القانون الثاني
- الانكسار
- الانحراف
- الأسئلة غير المجابة لنظرية Huygens
- استعادة النموذج الموجي
- المراجع
عرفت نظرية الموجة للضوء Huygens الضوء على أنه موجة ، على غرار الموجات الصوتية أو الميكانيكية المنتجة في الماء. من ناحية أخرى ، ادعى نيوتن أن الضوء يتكون من جسيمات مادية أطلق عليها الجسيمات.
لطالما أثار الضوء اهتمام الإنسان وفضوله. بهذه الطريقة ، منذ نشأتها ، كانت إحدى المشاكل الأساسية للفيزياء هي الكشف عن ألغاز الضوء.
كريستيان هويجنز
لهذه الأسباب ، عبر تاريخ العلم كانت هناك نظريات مختلفة حاولت تفسير طبيعته الحقيقية.
ومع ذلك ، لم يبدأ وضع الأسس لفهم أعمق للضوء إلا في أواخر القرن السابع عشر وأوائل القرن الثامن عشر ، مع نظريات إسحاق نيوتن وكريستيان هيغنز.
مبادئ نظرية موجة Huygens للضوء
في عام 1678 ، صاغ كريستيان هيغنز نظريته الموجية للضوء ، والتي نشرها لاحقًا في عام 1690 في مقالته عن الضوء.
اقترح الفيزيائي الهولندي أن الضوء ينبعث في جميع الاتجاهات كمجموعة من الموجات التي تنتقل عبر وسط أطلق عليه اسم الأثير. نظرًا لأن الموجات لا تتأثر بالجاذبية ، فقد افترض أن سرعة الموجات ستنخفض عندما تدخل وسطًا أكثر كثافة.
كان نموذجه مفيدًا بشكل خاص في شرح قانون سنيل-ديكارت للانعكاس والانكسار. كما أوضح بشكل مرضٍ ظاهرة الانعراج.
استندت نظريته بشكل أساسي على مفهومين:
أ) تصدر مصادر الضوء موجات كروية الشكل ، تشبه الموجات التي تحدث على سطح الماء. وبهذه الطريقة ، يتم تحديد أشعة الضوء بخطوط يكون اتجاهها متعامدًا على سطح الموجة.
ب) كل نقطة من الموجة هي بدورها مركز انبعاث جديد للموجات الثانوية ، والتي تنبعث بنفس التردد والسرعة التي ميزت الموجات الأولية. لا يُنظر إلى اللانهاية للموجات الثانوية ، لذا فإن الموجة الناتجة عن هذه الموجات الثانوية هي غلافها.
ومع ذلك ، لم يتم قبول نظرية موجات Huygens من قبل العلماء في عصره ، مع استثناءات قليلة مثل روبرت هوك.
إن المكانة الهائلة لنيوتن والنجاح الكبير الذي حققته ميكانيكياته ، جنبًا إلى جنب مع مشاكل فهم مفهوم الأثير ، جعل معظم العلماء المعاصرين يختارون النظرية الجسيمية للفيزيائي الإنجليزي.
انعكاس
الانعكاس هو ظاهرة بصرية تحدث عندما تقع موجة بشكل غير مباشر على سطح فاصل بين وسيطين وتخضع لتغيير في الاتجاه ، حيث يتم إرجاعها إلى الوسط الأول مع جزء من طاقة الحركة.
قوانين الانعكاس هي كما يلي:
القانون الأول
يقع الشعاع المنعكس ، الحادث والعادي (أو العمودي) في نفس المستوى.
القانون الثاني
قيمة زاوية السقوط هي بالضبط نفس قيمة زاوية الانعكاس.
يسمح لنا مبدأ Huygens بإظهار قوانين التفكير. لقد وجد أنه عندما تصل الموجة إلى فصل الوسائط ، تصبح كل نقطة نقطة تركيز باعث جديدة تنبعث منها موجات ثانوية. واجهة الموجة المنعكسة هي غلاف الموجات الثانوية. زاوية مقدمة الموجة الثانوية المنعكسة هذه هي بالضبط نفس زاوية السقوط.
الانكسار
ومع ذلك ، فإن الانكسار هو الظاهرة التي تحدث عندما تصطدم الموجة بشكل غير مباشر بفجوة بين وسيطين لهما فهارس انكسار مختلفة.
عندما يحدث هذا ، تخترق الموجة وتنتقل لمدة نصف ثانية مع جزء من طاقة الحركة. يحدث الانكسار نتيجة السرعة المختلفة التي تنتشر بها الموجات في الوسائط المختلفة.
يمكن ملاحظة مثال نموذجي لظاهرة الانكسار عندما يتم إدخال جسم ما (على سبيل المثال ، قلم رصاص أو قلم حبر جاف) جزئيًا في كوب من الماء.
قدم مبدأ Huygens تفسيرًا مقنعًا للانكسار. تعمل النقاط الموجودة على جبهة الموجة الواقعة على الحدود بين الوسيطتين كمصادر جديدة لانتشار الضوء وبالتالي يتغير اتجاه الانتشار.
الانحراف
الانعراج هو ظاهرة فيزيائية مميزة للموجات (تحدث في جميع أنواع الموجات) تتكون من انحراف الموجات عندما تواجه عقبة في مسارها أو تمر عبر شق.
يجب ألا يغيب عن الأذهان أن الانعراج يحدث فقط عندما تتشوه الموجة بعائق تتشابه أبعاده مع طول موجتها.
تشرح نظرية Huygens أنه عندما يسقط الضوء على شق ، تصبح جميع النقاط الموجودة في مستواه مصادر ثانوية للموجات ، تنبعث ، كما أوضحنا سابقًا ، موجات جديدة ، والتي تسمى في هذه الحالة الموجات المنحرفة.
الأسئلة غير المجابة لنظرية Huygens
ترك مبدأ Huygens سلسلة من الأسئلة دون إجابة. ادعائه بأن كل نقطة على واجهة الموجة كانت بدورها مصدرًا لموجة جديدة فشلت في تفسير سبب انتشار الضوء للأمام والخلف.
وبالمثل ، لم يكن تفسير مفهوم الأثير مرضيًا تمامًا وكان أحد أسباب عدم قبول نظريته في البداية.
استعادة النموذج الموجي
لم يتم استعادة نموذج الموجة حتى القرن التاسع عشر. كان بفضل مساهمات توماس يونغ بشكل أساسي الذي تمكن من شرح جميع ظواهر الضوء على أساس أن الضوء عبارة عن موجة طولية.
على وجه التحديد ، في عام 1801 أجرى تجربته الشهيرة ذات الشق المزدوج. من خلال هذه التجربة ، تحقق يونج من نمط تداخل في الضوء من مصدر ضوء بعيد عندما انحرف بعد مروره عبر شقين.
بالطريقة نفسها ، أوضح يونج أيضًا عن طريق نموذج الموجة تشتت الضوء الأبيض في ألوان قوس قزح المختلفة. أظهر أنه في كل وسط ، كل لون من الألوان التي يتكون منها الضوء له تردد وطول موجي مميزان.
بهذه الطريقة ، وبفضل هذه التجربة ، أظهر الطبيعة الموجية للضوء.
ومن المثير للاهتمام ، مع مرور الوقت ، أثبتت هذه التجربة أنها مفتاح إثبات ازدواجية موجة الجسم للضوء ، وهي خاصية أساسية لميكانيكا الكم.
المراجع
- بورك ، جون روبرت (1999). الفيزياء: طبيعة الأشياء. المكسيك دي إف: محرر طومسون الدولي.
- "كريستيان هيغنز". موسوعة السيرة الذاتية العالمية. 2004. Encyclopedia.com. (14 ديسمبر 2012).
- تيبلر ، بول ألين (1994). جسدي - بدني. الطبعة الثالثة. برشلونة: عدت.
- تم تصحيح مبدأ انتشار موجة David AB Miller Huygens ، Optics Letters 16 ، ص. 1370-2 (1991)
- مبدأ Huygens - Fresnel (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 1 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
- ضوء (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 1 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
تجربة يونغ (الثانية). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 1 أبريل 2018 ، من es.wikipedia.org.