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Principio de difracción de Huygens

Principio de difracción de Huygens

El principio de análisis de ondas de Huygen le ayuda a comprender los movimientos de las ondas alrededor de los objetos. El comportamiento de las olas a veces puede ser contradictorio. Es fácil pensar en las olas como si simplemente se movieran en línea recta, pero tenemos buena evidencia de que esto a menudo simplemente no es cierto.

Por ejemplo, si alguien grita, el sonido se extiende en todas las direcciones desde esa persona. Pero si están en una cocina con solo una puerta y gritan, la ola que se dirige hacia la puerta del comedor atraviesa esa puerta, pero el resto del sonido golpea la pared. Si el comedor tiene forma de L, y alguien está en una sala de estar que está a la vuelta de una esquina y a través de otra puerta, aún escuchará el grito. Si el sonido se moviera en línea recta desde la persona que gritaba, esto sería imposible porque no habría forma de que el sonido se moviera a la vuelta de la esquina.

Christiaan Huygens (1629-1695), un hombre que también era conocido por la creación de algunos de los primeros relojes mecánicos, abordó esta pregunta y su trabajo en esta área influyó en Sir Isaac Newton al desarrollar su teoría de la luz de partículas. .

Definición del principio de Huygens

El principio de análisis de ondas de Huygens básicamente establece que:

Cada punto de un frente de onda puede considerarse la fuente de pequeñas ondas secundarias que se extienden en todas las direcciones con una velocidad igual a la velocidad de propagación de las olas. Lo que esto significa es que cuando tiene una onda, puede ver el "borde" "de la ola como creando realmente una serie de ondas circulares. Estas ondas se combinan en la mayoría de los casos para continuar la propagación, pero en algunos casos hay efectos observables significativos. El frente de onda se puede ver como la línea tangente a todas estas ondas circulares.

Estos resultados se pueden obtener por separado de las ecuaciones de Maxwell, aunque el principio de Huygens (que vino primero) es un modelo útil y, a menudo, es conveniente para los cálculos de fenómenos de ondas. Es intrigante que el trabajo de Huygens precedió al de James Clerk Maxwell por cerca de dos siglos, y sin embargo pareció anticiparlo, sin la sólida base teórica que Maxwell proporcionó. La ley de Ampere y la ley de Faraday predicen que cada punto de una onda electromagnética actúa como una fuente de la onda continua, que está perfectamente en línea con el análisis de Huygens.

Principio y difracción de Huygens

Cuando la luz atraviesa una abertura (una abertura dentro de una barrera), se puede ver que cada punto de la onda de luz dentro de la abertura crea una onda circular que se propaga hacia afuera desde la abertura.

La apertura, por lo tanto, se trata como la creación de una nueva fuente de onda, que se propaga en forma de frente de onda circular. El centro del frente de onda tiene mayor intensidad, con una disminución de la intensidad a medida que se acercan los bordes. Explica la difracción observada y por qué la luz a través de una abertura no crea una imagen perfecta de la abertura en una pantalla. Los bordes se "extienden" en base a este principio.

Un ejemplo de este principio en el trabajo es común a la vida cotidiana. Si alguien está en otra habitación y llama hacia usted, el sonido parece provenir de la puerta (a menos que tenga paredes muy delgadas).

Principio de Huygens y Reflexión / Refracción

Las leyes de reflexión y refracción pueden derivarse del principio de Huygens. Los puntos a lo largo del frente de onda se tratan como fuentes a lo largo de la superficie del medio refractivo, en cuyo punto la onda general se dobla en función del nuevo medio.

El efecto de la reflexión y la refracción es cambiar la dirección de las ondas independientes emitidas por las fuentes puntuales. Los resultados de los cálculos rigurosos son idénticos a los que se obtienen de la óptica geométrica de Newton (como la ley de refracción de Snell), que se derivó bajo un principio de partículas de luz, aunque el método de Newton es menos elegante en su explicación de la difracción.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph.D.