- Principis de la teoria ondulatòria de la llum de Huygens
- reflexió
- primera llei
- segona llei
- refracció
- difracció
- Les preguntes sense resposta de la teoria de Huygens
- Recuperació de el model ondulatori
- referències
La teoria ondulatòria de la llum d'Huygens va definir la llum com una ona, similar a el so oa les ones mecàniques que es produeixen en l'aigua. D'altra banda, Newton va afirmar que la llum estava formada per partícules materials a les que va denominar corpuscles.
La llum sempre ha despertat l'interès i la curiositat de l'ésser humà. D'aquesta manera, ja des dels seus inicis un dels problemes fonamentals de física ha estat desvetllar els misteris de la llum.
Christiaan Huygens
Per aquests motius, al llarg de la història de la ciència hi ha hagut diferents teories que pretenien explicar la seva veritable naturalesa.
No obstant això, no va ser fins a finals de segle XVII i principis de segle XVIII, amb les teories d'Isaac Newton i Christiaan Huygens, quan es van començar a establir les bases per a un coneixement més profund de la llum.
Principis de la teoria ondulatòria de la llum de Huygens
Al 1678, Christiaan Huygens va formular la seva teoria ondulatòria de la llum, que posteriorment, en 1690, publicaria en la seva obra Treatise on light.
El físic holandès va proposar que la llum era emesa en totes les direccions com un conjunt d'ones que es desplaçaven per un mitjà que ell va denominar èter. Atès que les ones no es veuen afectades per la gravetat, va assumir la velocitat de les ones es reduïa quan entraven en un mitjà més dens.
El seu model va resultar particularment útil per explicar la llei de Snell-Descartes sobre la reflexió i la refracció. També explicava satisfactòriament el fenomen de la difracció.
La seva teoria es basava fonamentalment en dos conceptes:
a) Les fonts lluminoses emeten ones amb forma esfèrica, similars a les ones que es produeixen en la superfície de l'aigua. D'aquesta manera, els raigs de llum estan definits per rectes la direcció és perpendicular a la superfície de l'ona.
b) Cada punt d'una ona és al seu torn un nou centre emissor d'ones secundàries, que són emeses amb la mateixa freqüència i velocitat que caracteritzava les ones primàries. La infinitat de les ones secundàries no es percep, de manera que l'ona resultant d'aquestes ones secundàries és la seva envoltant.
No obstant això, la teoria ondulatòria de Huygens no va ser acceptada pels científics de la seva època, tret de comptades excepcions com la de Robert Hooke.
L'enorme prestigi de Newton i el gran èxit que va aconseguir la seva mecànica juntament amb els problemes per entendre el concepte de l'èter, van fer que la majoria dels científics contemporanis a banda i es decantessin per la teoria corpuscular de l'físic anglès.
reflexió
La reflexió és un fenomen òptic que té lloc quan una ona incideix de forma obliqua sobre una superfície de separació entre dos medis i pateix un canvi de direcció, sent retornada a el primer mitjà juntament amb part de l'energia de el moviment.
Les lleis de la reflexió són les següents:
primera llei
El raig reflectit, l'incident i la normal (o perpendicular), estan situats en el mateix pla.
segona llei
El valor de l'angle d'incidència és exactament el mateix que el de l'angle de reflexió.
El principi d'Huygens permet demostrar les lleis de la reflexió. Es comprova que quan una ona arriba a la separació dels mitjans, cada punt es converteix en un nou focus emissor emetent ones secundàries. El front d'ones reflectit és la envoltant de les ones secundàries. L'angle d'aquest front secundari d'ones reflectit és exactament el mateix que l'angle incident.
refracció
No obstant això, la refracció és el fenomen que té lloc quan una ona incideix obliquament sobre un espai de separació entre dos mitjans, que tenen índex de refracció diferent.
Quan això succeeix, l'ona penetra i es transmet pel segon de mig juntament amb part de l'energia de el moviment. La refracció succeeix com a conseqüència de la diferent velocitat amb què es propaguen les ones en els diferents mitjans.
Un exemple típic de l'fenomen de refracció es pot observar quan s'introdueix parcialment un objecte (per exemple, un llapis o un bolígraf) en un got amb aigua.
El principi d'Huygens va proporcionar una explicació convincent sobre la refracció. Els punts en el front d'ona situats al límit entre els dos mitjans actuen com a noves fonts de propagació de la llum i d'aquesta manera la direcció de propagació canviï.
difracció
La difracció és un fenomen físic característic de les ones (passa a tot tipus d'ones) que consisteix en la desviació de les ones quan troben un obstacle en el seu camí o travessen una escletxa.
S'ha de tenir en compte que la difracció es produeix únicament quan l'ona es distorsiona per causa d'un obstacle les dimensions són equiparables a la seva longitud d'ona.
La teoria de Huygens explica que quan la llum incideix sobre una escletxa tots els punts del seu pla es converteixen en fonts secundàries d'ones emetent, com ja ha explicat anteriorment, noves ones que en aquest cas reben el nom d'ones difractades.
Les preguntes sense resposta de la teoria de Huygens
El principi d'Huygens deixava una sèrie de preguntes sense resposta. La seva afirmació que cada punt d'un front d'ona era al seu torn una font d'una nova ona, no permetia explicar per què la llum es propaga tant cap enrere com cap endavant.
Igualment l'explicació del concepte d'èter no resultava del tot satisfactòria i ser una de les causes per la qual inicialment no es va acceptar la seva teoria.
Recuperació de el model ondulatori
No va ser fins al segle XIX quan es va recuperar el model ondulatori. Va ser fonamentalment gràcies a les aportacions de Thomas Young qui va aconseguir explicar tots els fenòmens de la llum partint de la base que la llum és una ona longitudinal.
En concret, en 1801 va realitzar el seu famós experiment de la doble escletxa. Amb aquest experiment Young va comprovar un patró d'interferències en la llum procedent d'una font lluminosa llunyana quan es difracta després de travessar dues escletxes.
De la mateixa manera, Young també va explicar mitjançant el model ondulatori la dispersió de llum blanca en els diferents colors de l'arc de Sant Martí. Va demostrar que en cada mitjà cadascun colors que componen la llum posseeix una freqüència i una longitud d'ona característiques.
D'aquesta manera, gràcies a aquest experiment va demostrar la naturalesa ondulatòria de la llum.
Curiosament, amb el temps aquest experiment es va demostrar clau per demostrar la dualitat ona corpuscle de la llum, una característica fonamental de la mecànica quàntica.
referències
- Burke, John Robert (1999). Física: la naturalesa de les coses. Mèxic DF: International Thomson Editors.
- «Christiaan Huygens.» Encyclopedia of World Biography. 2004. Encyclopedia.com. (14 December 2012).
- Tipler, Paul Allen (1994). Física. 3ª Edició. Barcelona: Reverté.
- David AB Miller Huygens 's wave propagation principle corrected, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
- Huygens-Fresnel principle (nd). In Wikipedia. Recuperat l'1 d'abril, 2018, des en.wikipedia.org.
- Light (nd). In Wikipedia. Recuperat l'1 d'abril, 2018, des en.wikipedia.org.
Experiment de Young (nd). En Wikipedia. Recuperat l'1 d'abril, 2018, des es.wikipedia.org.