مبدأ هيغنز حيود

يساعدك مبدأ Huygen لتحليل الموجة على فهم حركات الأمواج حول الأشياء. يمكن أن يكون سلوك الموجات أحيانًا غير بديهي. من السهل التفكير في الموجات كما لو أنها تتحرك في خط مستقيم ، ولكن لدينا أدلة جيدة على أن هذا ليس صحيحًا في كثير من الأحيان.

على سبيل المثال ، إذا صرخ أحدهم ، ينتشر الصوت في كل الاتجاهات من هذا الشخص. ولكن إذا كانوا في مطبخ به باب واحد فقط ويصرخون ، فإن الموجة التي تتجه نحو الباب إلى غرفة الطعام تمر عبر هذا الباب ، لكن بقية الصوت يضرب الجدار. إذا كانت غرفة الطعام على شكل حرف L ، وكان شخص ما في غرفة المعيشة التي تقع بالقرب من الزاوية ومن خلال باب آخر ، فسيظل يسمع الصراخ. إذا كان الصوت يتحرك في خط مستقيم من الشخص الذي يصرخ ، فسيكون هذا مستحيلًا لأنه لن تكون هناك طريقة للتحرك الصوت في الزاوية.

تم تناول هذا السؤال من قبل كريستيان هيجنز (1629-1695) ، وهو رجل معروف أيضًا بخلق بعض الساعات الميكانيكية الأولى وعمله في هذا المجال كان له تأثير على السير اسحق نيوتن كما طور نظريته الجسيمات للضوء.

ينص مبدأ Huygens لتحليل الموجة بشكل أساسي على ما يلي:

يمكن اعتبار كل نقطة من جبهة الموجة مصدر المويجات الثانوية التي تنتشر في جميع الاتجاهات بسرعة تساوي سرعة انتشار الموجات.

هذا يعني أنه عندما يكون لديك موجة ، يمكنك عرض "حافة" الموجة على أنها تخلق بالفعل سلسلة من الموجات الدائرية. تجتمع هذه الموجات معًا في معظم الحالات لمواصلة الانتشار ، ولكن في بعض الحالات ، هناك تأثيرات ملحوظة ملحوظة. يمكن رؤية واجهة الموجة كخط المماس لكل هذه الموجات الدائرية.

يمكن الحصول على هذه النتائج بشكل منفصل عن معادلات ماكسويل ، على الرغم من أن مبدأ Huygens (الذي جاء أولاً) هو نموذج مفيد وغالبًا ما يكون مناسبًا لحسابات ظواهر الموجة. من المثير للفضول أن عمل Huygens سبق ذلك جيمس كلارك ماكسويل بحوالي قرنين من الزمان ، ومع ذلك بدا أنه يتوقع ذلك ، بدون الأساس النظري الراسخ الذي قدمه ماكسويل. قانون أمبير و قانون فاراداي توقع أن كل نقطة في الموجة الكهرومغناطيسية تعمل كمصدر للموجة المستمرة ، والتي تتوافق تمامًا مع تحليل Huygens.

عندما يمر الضوء عبر فتحة (فتحة داخل الحاجز) ، كل نقطة من الموجة الضوئية داخل الفتحة يمكن أن ينظر إليه على أنه يخلق موجة دائرية تنتشر إلى الخارج من فتحة.

وبالتالي ، يتم التعامل مع الفتحة على أنها إنشاء مصدر موجة جديد ، ينتشر في شكل جبهة موجة دائرية. يتميز مركز واجهة الموجة بكثافة أكبر ، مع تلاشي الكثافة مع اقتراب الحواف. يشرح الانحراف لاحظ ، ولماذا لا يخلق الضوء من خلال فتحة صورة مثالية للفتحة على الشاشة. حواف "انتشرت" على أساس هذا المبدأ.

مثال على هذا المبدأ في العمل شائع في الحياة اليومية. إذا كان شخص ما في غرفة أخرى ويتصل بك ، يبدو أن الصوت قادم من المدخل (إلا إذا كان لديك جدران رقيقة جدًا).

قوانين انعكاس يمكن أن يكون كل من الانكسار والانكسار من مبدأ Huygens. يتم التعامل مع النقاط على طول واجهة الموجة كمصادر على طول وسط الانكسار ، وعند هذه النقطة تنحني الموجة الإجمالية بناءً على الوسط الجديد.

تأثير كل من الانعكاس والانكسار هو تغيير اتجاه الموجات المستقلة المنبعثة من المصادر النقطية. نتائج الحسابات الدقيقة مطابقة لما تم الحصول عليه من البصريات الهندسية لنيوتن (مثل قانون سنيل الانكسار) ، الذي تم اشتقاقه بموجب مبدأ الجسيمات للضوء - على الرغم من أن طريقة نيوتن أقل أناقة في تفسيرها الانحراف.

حررت بواسطة آن ماري هيلمينستين ، د.