עקרון ההפרדה של הויגנס

העיקרון של Huygen של ניתוח גלים עוזר לך להבין את תנועות גלים סביב חפצים. התנהגותם של גלים עשויה לפעמים להיות אינטראקטיבית. קל לחשוב על גלים כאילו הם פשוט נעים בקו ישר, אבל יש לנו הוכחות טובות שלרוב זה פשוט לא נכון.

לדוגמה, אם מישהו צועק, הצליל מתפשט לכל הכיוונים מאותו אדם. אבל אם הם נמצאים במטבח עם דלת אחת בלבד והם צועקים, הגל הפונה לכיוון הדלת לחדר האוכל עובר דרך הדלת ההיא, אך שאר הצליל פוגע בקיר. אם חדר האוכל בצורת L, ומישהו נמצא בחדר מגורים שנמצא מעבר לפינה ודרך דלת אחרת, הם עדיין ישמעו את הצעקה. אם הצליל היה נע בקו ישר מאדם שצעק, זה היה בלתי אפשרי מכיוון שלא תהיה שום דרך לסאונד לנוע מעבר לפינה.

שאלה זו טופלה על ידי כריסטיאן הויגנס (1629-1695), אדם שהיה ידוע גם הוא ביצירת חלק מה שעונים מכניים ראשונים ועל עבודתו בתחום זה השפיעו עליו סר איזק ניוטון כאשר פיתח את תורת האוריקים שלו.

העיקרון של הויגנס בניתוח גלים קובע בעצם כי:

כל נקודה בחזית גל עשויה להיחשב כמקור הגלים המשניים המתפרשים לכל הכיוונים במהירות השווה למהירות התפשטות הגלים.

משמעות הדבר היא שכאשר יש לך גל, אתה יכול לראות את "קצה" הגל כיצור למעשה סדרה של גלים מעגליים. הגלים הללו משתלבים יחד ברוב המקרים רק כדי להמשיך את ההתפשטות, אך בחלק מהמקרים יש השפעות ניכרות לצפייה. ניתן לראות את חזית הגל כקו

ניתן להשיג תוצאות אלה בנפרד מהמשוואות של מקסוול, אם כי העיקרון של הויגנס (שהגיע ראשון) הוא מודל שימושי ונוח לעיתים קרובות לחישובים של תופעות גל. מסקרן שעבודתו של הויגנס קדמה לזו של ג'יימס קלקר מקסוול בערך שתי מאות שנים, ובכל זאת נראה שהוא צופה זאת, ללא הבסיס התיאורטי המוצק שמקסוול סיפק. החוק של אמפר ו החוק של פאראדיי מנבא כי כל נקודה בגל אלקטרומגנטי פועלת כמקור לגל המתמשך, שתואם באופן מושלם את הניתוח של הויגנס.

כאשר האור עובר צמצם (פתח בתוך מחסום), כל נקודה בגל האור בתוך הצמצם ניתן לראות כיצירת גל מעגלי המתפשט החוצה מה- צמצם.

לפיכך, מתייחסים אל הצמצם כאל יצירת גל חדש, המתפשט בצורה של חזית גל מעגלית. מרכז חזית הגל בעוצמה גבוהה יותר, עם דהייה בעוצמה ככל שמתקרבים לקצוות. זה מסביר את עקיפה שנצפה, ומדוע האור דרך צמצם אינו יוצר תמונה מושלמת של הצמצם על גבי מסך. הקצוות "מתפשטים" על בסיס עיקרון זה.

דוגמא לעיקרון זה בעבודה נפוצה בחיי היומיום. אם מישהו נמצא בחדר אחר ומתקשר אליך, נראה שהקול נשמע מהפתח (אלא אם כן יש לך קירות דקים מאוד).

החוקים של השתקפות ושברירה יכולה להיות נגזרת מעיקרון הויגנס. נקודות לאורך חזית הגל מתייחסות כמקורות לאורך פני המדיום השבירה, ובנקודה זו מתעקם הגל הכולל על בסיס המדיום החדש.

ההשפעה של השתקפות וגם שבירה היא לשנות את כיוון הגלים העצמאיים הנפלטים על ידי מקורות הנקודה. תוצאות החישובים הקפדניים זהים למה שמתקבל מהאופטיקה הגיאומטרית של ניוטון (כמו חוק סנל של שבירה), שהופקה תחת עקרון אור חלקיקי - למרות שהשיטה של ​​ניוטון פחות אלגנטית בהסברו עקיפה.

נערך על ידי אן מארי הלמנסטין, ד.