Descubre qué es el principio de difracción de Huygens y cómo se aplica en la física y en la vida cotidiana. Conoce los conceptos básicos y la teoría detrás de este principio, y aprende cómo se puede utilizar para explicar muchos fenómenos naturales.
El Principio de Difracción de Huygens
El principio de análisis de ondas de Huygen lo ayuda a comprender los movimientos de las ondas alrededor de los objetos. El comportamiento de las olas a veces puede ser contraintuitivo. Es fácil pensar en las olas como si solo 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 propaga en todas las direcciones desde esa persona. Pero si están en una cocina con una sola puerta y gritan, la ola que se dirige hacia la puerta del comedor pasa por 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 por otra puerta, aún escucharán el grito. Si el sonido se moviera en línea recta de la persona que gritó, esto sería imposible porque no habría forma de que el sonido se moviera alrededor de la esquina.
Esta pregunta fue abordada por Christiaan Huygens (1629-1695), un hombre que también fue conocido por la creación de algunos de los primeros relojes mecánicos y su trabajo en esta área tuvo una influencia en Sir Isaac Newton cuando desarrolló su teoría de partículas de la luz. .
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 ondas secundarias que se extienden en todas las direcciones con una velocidad igual a la velocidad de propagación de las ondas. Esto significa que cuando tienes una onda, puedes ver el «borde «de la onda como en realidad creando 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 los fenómenos de onda. Es intrigante que el trabajo de Huygens precediera al de James Clerk Maxwell por aproximadamente dos siglos y, sin embargo, pareciera anticiparlo, sin la base teórica sólida que Maxwell proporcionó. La ley de Ampere y la ley de Faraday predicen que cada punto en 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 un frente de onda circular. El centro del frente de onda tiene una mayor intensidad, con un desvanecimiento de 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 las curvas globales de onda se basan en el nuevo medio.
El efecto de la reflexión y la refracción es cambiar la dirección de las ondas independientes que emiten las fuentes puntuales. Los resultados de los rigurosos cálculos son idénticos a los que se obtienen de la óptica geométrica de Newton (como la ley de refracción de Snell), que se derivó de un principio de luz de partículas, aunque el método de Newton es menos elegante en su explicación de la difracción.
