Wave Theory of Huygens Light

ilteoria ondulatoria della luce di Huygens definiva la luce come un'onda, simile al suono o alle onde meccaniche che si verificano nell'acqua. D'altra parte, Newton affermava che la luce era formata da particelle di materiale a cui si riferiva corpuscoli.

La luce ha sempre suscitato l'interesse e la curiosità dell'essere umano. In questo modo, sin dal suo inizio uno dei problemi fondamentali della fisica è stato quello di svelare i misteri della luce.

Per questi motivi, in tutta la storia della scienza ci sono state diverse teorie che pretendono di spiegare la loro vera natura.

Tuttavia, non è stato fino alla fine del 17 ° secolo e all'inizio del 18 ° secolo, con le teorie di Isaac Newton e Christiaan Huygens, che sono state poste le basi per una più profonda conoscenza della luce.

Principi della teoria ondulatoria della luce di Huygens

Nel 1678 Christiaan Huygens formulò la sua teoria ondulatoria della luce, che più tardi, nel 1690, pubblicò nella sua opera Trattato sulla luce.

Il fisico olandese propose che la luce fosse emessa in tutte le direzioni come un insieme di onde che si muovevano attraverso un mezzo che chiamava etere. Poiché le onde non sono influenzate dalla gravità, si presume che la velocità delle onde sia stata ridotta quando sono entrate in un mezzo più denso.

Il suo modello si è rivelato particolarmente utile per spiegare la legge di riflessione e rifrazione di Snell-Descartes. Ha anche spiegato in modo soddisfacente il fenomeno della diffrazione.

La sua teoria si basava fondamentalmente su due concetti:

a) Le sorgenti luminose emettono onde sferiche, simili alle onde che si verificano sulla superficie dell'acqua. In questo modo, i raggi di luce sono definiti da linee la cui direzione è perpendicolare alla superficie dell'onda.

b) Ogni punto di un'onda è a sua volta un nuovo centro di emissione di onde secondarie, che sono emesse con la stessa frequenza e velocità che caratterizzavano le onde primarie. L'infinito delle onde secondarie non è percepito, quindi l'onda risultante da queste onde secondarie è la loro busta.

Tuttavia, la teoria ondulatoria di Huygens non fu accettata dagli scienziati del suo tempo, tranne alcune eccezioni come quella di Robert Hooke.

L'enorme prestigio di Newton e il grande successo che raggiunse la sua meccanica insieme ai problemi di comprensione del concetto di etere, fece sì che la maggior parte degli scienziati contemporanei optassero entrambi per la teoria corpuscolare del fisico inglese.

riflessione

La riflessione è un fenomeno ottico che si verifica quando un'onda colpisce obliquamente una superficie di separazione tra due media e subisce un cambio di direzione, essendo restituita al primo mezzo insieme a parte dell'energia del movimento.

Le leggi di riflessione sono le seguenti:

Prima legge

Il raggio riflesso, l'incidente e il normale (o perpendicolare) si trovano nello stesso piano.

Seconda legge

Il valore dell'angolo di incidenza è esattamente uguale a quello dell'angolo di riflessione.

Il principio di Huygens consente di dimostrare le leggi della riflessione. Si verifica che quando un'onda raggiunge la separazione dei media, ogni punto diventa una nuova sorgente di emissione che emette onde secondarie. Il fronte d'onda riflesso è l'involucro delle onde secondarie. L'angolo di questo fronte dell'onda secondaria riflessa è esattamente lo stesso dell'angolo di incidenza.

rifrazione

Tuttavia, la rifrazione è il fenomeno che si verifica quando un'onda colpisce obliquamente uno spazio tra due media, che hanno un indice di rifrazione diverso.

Quando ciò accade, l'onda penetra e viene trasmessa dal secondo mezzo insieme a parte dell'energia del movimento. La rifrazione avviene come conseguenza della diversa velocità con cui le onde si propagano nei diversi media.

Un esempio tipico del fenomeno della rifrazione può essere osservato quando un oggetto è parzialmente inserito (ad esempio una penna o una penna) in un bicchiere d'acqua.

Il principio di Huygens forniva una spiegazione convincente della rifrazione. I punti sul fronte d'onda situati al confine tra i due media agiscono come nuove fonti di propagazione della luce e quindi la direzione delle variazioni di propagazione.

diffrazione

La diffrazione è un fenomeno fisico caratteristico delle onde (si verifica in tutti i tipi di onde) che consiste nella deviazione delle onde quando trovano un ostacolo sul loro percorso o passano attraverso una fessura.

Va tenuto presente che la diffrazione si verifica solo quando l'onda è distorta da un ostacolo le cui dimensioni sono paragonabili alla sua lunghezza d'onda.

La teoria di Huygens spiega che quando la luce cade su una fenditura tutti i punti del suo piano diventano sorgenti secondarie di onde che emettono, come già spiegato in precedenza, nuove onde che in questo caso ricevono il nome di onde diffratte.

Le domande senza risposta della teoria di Huygens

Il principio di Huygens ha lasciato una serie di domande senza risposta.La sua affermazione che ogni punto di un fronte d'onda era a sua volta una fonte di una nuova ondata, non spiegava perché la luce si propaga sia avanti che indietro.

Allo stesso modo la spiegazione del concetto di etere non era del tutto soddisfacente ed era una delle ragioni per cui inizialmente la sua teoria non fu accettata.

Recupero del modello d'onda

Non è stato fino al 19 ° secolo, quando il modello ondulatorio è stato recuperato. È stato soprattutto grazie al contributo di Thomas Young che è riuscito a spiegare tutti i fenomeni di luce sulla base del fatto che la luce è un'onda longitudinale.

In particolare, nel 1801 fece il suo famoso esperimento a doppia fenditura. Con questo esperimento Young ha testato un modello di interferenza nella luce proveniente da una fonte di luce distante quando si diffranse dopo aver attraversato due fessure.

Allo stesso modo, Young ha anche spiegato attraverso il modello ondulatorio la dispersione della luce bianca nei diversi colori dell'arcobaleno. Ha mostrato che in ciascun mezzo ogni colore che compone la luce ha una frequenza caratteristica e una lunghezza d'onda.

In questo modo, grazie a questo esperimento ha dimostrato la natura ondulatoria della luce.

È interessante notare che nel tempo questo esperimento si è dimostrato fondamentale per dimostrare la dualità dell'ondata di luce corpuscolata, una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica.

riferimenti

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