Böljande teori om ljusförklaring, tillämpningar, exempel

De böljande ljusteori Det är en teori som försöker förklara ljusets natur och betraktar detta som en elektromagnetisk våg. Det formulerades 1678 av den nederländska fysikern Christian Huygens, även om han vid den tidpunkten hade lite acceptans av andra forskare.

Under hela sin historia kände mänskligheten alltid ett levande intresse för att förstå ljuset, och i varje era utarbetade forskare och tänkare olika teorier. Den böljande teorin är emellertid den som förklarar med de största framgångsfenomenen av ljus, till exempel störningar, som består i överlappningen av två eller flera vågor på en plats för rymden.

Figur 1. Den böljande ljusteorin skapades av den nederländska fysikern Christian Huygens 1678. Källa: f. Zapata.

Störning är ett fenomen som endast förekommer i vågor, inte i partiklar (på makroskopisk nivå).

[TOC]

Historia

De vetenskapliga upptäckterna från 1800 -talet bidrog med starka bevis som stöder den böljande teorin. En av dem var mönstret av ljus och mörka band som den engelska fysikern Thomas Young hittade i sitt berömda dubbla slitsexperiment. Endast vågor kan ett sådant beteende (se figur 7).

Men innan detta betraktades ljuset också som en ström av partiklar som härstammade från föremålen: det är den korpuskulära teorin om ljuset som föreslagits av Isaac Newton (1642-1727), av vilka Huygens var mer eller mindre samtida.

Bild 2: Huygens och Einstein -teorin

Med sin korpuskulära teori kunde Newton också tillfredsställande förklara vardagsfenomen som brytning och reflektion. Och i början av 1900 -talet uppstod nya resultat till förmån för denna teori.

Då är det värt att fråga: vad är ljuset äntligen? Svaret är i dubbel natur: När det förökas uppvisar ljuset vågbeteende och när det interagerar med materia gör det det som en partikel: fotonen.

Förklaring

Reflektion och brytning av ljus är beteenden som det har när det går från ett medium till ett annat. Tack vare reflektion ser vi vår reflektion över polerade metallytor och speglar.

Kan tjäna dig: statisk elBild 3: Lätt brytning

Brytningen observeras när en blyertspenna eller stång verkar vara uppdelad i två genom att delvis vara nedsänkt i vatten eller så ser vi dem helt enkelt genom glasets glas.

Figur 4. Ljusets brytning när du flyttar från luften till olika medier, till exempel glas och vatten, eftersom i var och en ändrar riktningen och hastigheten. Källa: Wikimedia Commons. Av Mehran Moghtadai - Ewn Work, CC av -SA 3.0.

Å andra sidan reser ljuset i en rak linje, något som Christian Huygens också hade observerat och för att förklara det. Huygens föreslog följande:

-Ljuset består av en platt vågfront som sprider sig efter en rak linje.

-Både reflektion och brytning inträffar eftersom varje vågfront motsvarar ett blixtljus.

-Ett materialmedium som kallas eter krävs, så att ljuset sprids, eftersom ljudet behöver luften för att överföra.

Huygens trodde att ljuset var en longitudinell våg, liksom ljudet, vars beteende var mycket bättre känt för tiden tack vare experimenten från Robert Boyle (1627-1691). Detta återspeglades i hans arbete med titeln Ljusfördrag.

Många forskare sökte ivrigt till den eter som Huygens föreslog, men hittade aldrig honom.

Och eftersom Newtons korpuskulära teori också förklarade reflektion och brytning, rådde detta fram till början av 1800 -talet, när Thomas Young genomförde sitt berömda experiment.

Huygensprincip

För att förklara reflektion och brytning av ljus utvecklade Huygens en geometrisk konstruktion som heter Huygensprincip:

Varje punkt med en vågfront är i sin tur en punktlig källa som också producerar sekundära sfäriska vågor.

Dessa är sfäriska vågor, eftersom vi antar att miljön där de reser är homogen, så en ljuskälla avger strålar som sprids i alla riktningar lika. På fronter eller vågytor är alla punkter i samma vibrationstillstånd.

Kan tjäna dig: sol

Men när källan är tillräckligt långt, uppfattar en observatör att ljuset reser i riktningen vinkelrätt mot vågfronten, som uppfattas som ett plan på grund av avståndet, och också gör det i en rak linje.

Detta händer med strålarna från en relativt avlägsen källa, till exempel solen.

Figur 5. Ljuset sprider sig i en rak linje och vinkelrätt mot vågfronterna. Om källan är avlägsen ses fronterna som planer. Källa: f. Zapata.

Ljus som en elektromagnetisk våg

Detta är en förutsägelse av ekvationerna från James Clerk Maxwell (1831-1879) under 1800-talet. När elektriska och magnetiska fält beror på tid är de kopplade på ett sådant sätt att en av dem genererar den andra.

Kopplade, reser fälten som en elektromagnetisk våg som kan spridas även i ett vakuum.

Figur 6.- En elektromagnetisk våg, bestående av ett elektriskt fält och en annan magnet, vinkelrätt mot varandra. I sin tur rör sig vågen vinkelrätt mot dem. Källa: Wikimedia Commons.

De elektriska och magnetiska fälten är vinkelrätt mot varandra och vågutbredningsriktningen. Ljus är inte en longitudinell våg, som Huygens trodde, men tvärgående.

När atomer och molekyler ordnar om deras beståndsdelar avger ljus, så det händer i vår sol. Därifrån reser ljuset i rymdets tomhet med konstant hastighet, den anländer på jorden och är på väg till materiella medier, till exempel luft och vatten.

Det synliga ljuset upptar en liten remsa av frekvenser i det elektromagnetiska spektrumet, eftersom vi bara ser de som ögat är känsligt.

Exempel på korpuskulär teori

Den böljande naturen av ljus och dess rätlinjiga förökning avslöjas i:

Kan tjäna dig: vad är en isotermisk process? (Exempel, övningar)

-Fenomenen av alla slags vågor, det ljuset är lika kapabelt att experimentera, såsom polarisering, störningar, diffraktion, reflektion och brytning.

-De iriserande färgerna som bildas i tunna tvålfilmer.

-Youngs experiment, där en vågfront påverkar de två slitsarna, vilket ger upphov till nya vågfronter som kombineras (stör) på motsatt skärm. Det finns ett karakteristiskt mönster av ljusa band som växlar med mörka band.

Figur 7. Youngs dubbla slitsexperiment. Källa: Fysik. Santillana hypertext.

-Bildandet av skuggor, de mörka områdena som visas när ett föremål står mellan ljuset och våra ögon. Om ljuset inte skulle sprida rätlinjigt skulle det vara möjligt att se genom ogenomskinliga föremål.

Ansökningar

Genom att ha vågkvaliteter har ljuset otaliga applikationer:

Tunna filmer

Den destruktiva störningen av ljus i tunna filmer - som de ovannämnda tvålbubblorna - appliceras för att tillverka anti -reflekterande beläggningar för glas för glasögon.

Lasern

Det är en intensiv och sammanhängande ljuskälla, som var möjligt att bygga när ljusets vågpartikel förstås.

Holografi

Det är en teknik där interferensmönstret för ett tre -dimensionellt objekt registreras på en platt fotografisk platta.

Sedan upplyste placken med lämplig ljuskälla (vanligtvis laser) den tre -dimensionella bilden av objektet.

Polarimetri

Det är en teknik som använder polariseringen av ljus, ett fenomen som uppstår när det elektromagnetiska fältet alltid sträcker sig i samma riktning.

Polarimetri tillämpas industriellt för att känna till de områden där bitarna upplever större mekaniska ansträngningar. På detta sätt optimeras design- och konstruktionsmaterialet.

Interferometri

Interferometri är en teknik som använder fenomenet med lätt störning. Det används i astronomi när man kombinerar ljus från flera teleskop för att bilda ett nätverk med större upplösning.

Det gäller både i radiofrekvens (en annan region i det elektromagnetiska spektrumet som inte är synligt), liksom inom det optiska området. En annan tillämpning av interferometri är i upptäckt av sprickor och fel i tillverkade bitar.

Referenser

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 7. Vågor och kvantfysik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Fysikens grunder. Pearson.
4. Romero, O. 2009. Fysisk. Santillana hypertext.
5. Serway, R. 2019. Fysik för vetenskap och teknik. 10: e. Utgåva. Volym 2. Häck.
6. Shipman, J. 2009. En introduktion till fysisk vetenskap. Tolfte upplagan. Brooks/Cole, Cengage Editions.
7. Wikipedia. Ljus. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.