HUYGENS GOLFTHEORIE VAN LICHT - FYSIEK - 2026

De golftheorie van licht Huygens definieerde licht als een golf, vergelijkbaar met de geluids- of mechanische golven die in het water worden geproduceerd. Aan de andere kant beweerde Newton dat licht bestond uit materiële deeltjes die hij bloedlichaampjes noemde.

Licht heeft altijd menselijke interesse en nieuwsgierigheid gewekt. Op deze manier is het vanaf het begin een van de fundamentele problemen van de fysica geweest om de mysteries van het licht te onthullen.

Christiaan Huygens

Om deze redenen zijn er in de geschiedenis van de wetenschap verschillende theorieën geweest die de ware aard ervan probeerden te verklaren.

Het was echter pas in de late zeventiende en vroege achttiende eeuw, met de theorieën van Isaac Newton en Christiaan Huygens, dat de basis werd gelegd voor een dieper begrip van licht.

Principes van Huygens golftheorie van licht

In 1678 formuleerde Christiaan Huygens zijn golftheorie van het licht, die hij later in 1690 publiceerde in zijn Verhandeling over licht.

De Nederlandse natuurkundige stelde voor dat licht in alle richtingen werd uitgezonden als een reeks golven die door een medium gingen dat hij ether noemde. Omdat golven niet worden beïnvloed door de zwaartekracht, nam hij aan dat de snelheid van de golven zou afnemen als ze in een dichter medium zouden komen.

Zijn model was vooral behulpzaam bij het uitleggen van de wet van Snell-Descartes van reflectie en breking. Het verklaarde ook op bevredigende wijze het fenomeen van diffractie.

Zijn theorie was fundamenteel gebaseerd op twee concepten:

a) Lichtbronnen zenden bolvormige golven uit, vergelijkbaar met de golven die voorkomen op het wateroppervlak. Op deze manier worden de lichtstralen gedefinieerd door lijnen waarvan de richting loodrecht op het oppervlak van de golf staat.

b) Elk punt van een golf is op zijn beurt een nieuw emitterend centrum voor secundaire golven, die worden uitgezonden met dezelfde frequentie en snelheid als de primaire golven. De oneindigheid van secundaire golven wordt niet waargenomen, dus de golf die het resultaat is van deze secundaire golven is hun omhulsel.

De golftheorie van Huygens werd echter niet geaccepteerd door wetenschappers van zijn tijd, op enkele uitzonderingen na zoals die van Robert Hooke.

Het enorme prestige van Newton en het grote succes dat zijn mechanica behaalde, samen met de problemen om het concept van de ether te begrijpen, zorgden ervoor dat de meeste hedendaagse wetenschappers beide kozen voor de corpusculaire theorie van de Engelse fysicus.

Reflectie

Reflectie is een optisch fenomeen dat plaatsvindt wanneer een golf schuin invalt op een scheidingsoppervlak tussen twee media en een richtingsverandering ondergaat, waarbij hij samen met een deel van de energie van de beweging wordt teruggevoerd naar het eerste medium.

De wetten van reflectie zijn als volgt:

Eerste wet

De gereflecteerde straal, het incident en de normale (of loodrechte) straal bevinden zich in hetzelfde vlak.

Tweede wet

De waarde van de invalshoek is exact dezelfde als die van de reflectiehoek.

Huygens 'principe stelt ons in staat de wetten van reflectie te demonstreren. Het blijkt dat wanneer een golf de scheiding van de media bereikt, elk punt een nieuwe emitterfocus wordt die secundaire golven uitzendt. Het gereflecteerde golffront is de omhulling van de secundaire golven. De hoek van dit gereflecteerde secundaire golffront is exact hetzelfde als de invalshoek.

Refractie

Breking is echter het fenomeen dat plaatsvindt wanneer een golf schuin botst op een opening tussen twee media, die verschillende brekingsindexen hebben.

Wanneer dit gebeurt, dringt de golf binnen en wordt gedurende een halve seconde samen met een deel van de energie van de beweging uitgezonden. Breking treedt op als gevolg van de verschillende snelheden waarmee de golven zich voortplanten in de verschillende media.

Een typisch voorbeeld van het fenomeen refractie kan worden waargenomen wanneer een voorwerp (bijvoorbeeld een potlood of een balpen) gedeeltelijk in een glas water wordt gestoken.

Huygens 'principe leverde een overtuigende verklaring voor breking. De punten op het golffront die zich op de grens tussen de twee media bevinden, fungeren als nieuwe bronnen van lichtvoortplanting en dus verandert de voortplantingsrichting.

Diffractie

Diffractie is een kenmerkend fysisch fenomeen van golven (het komt voor in alle soorten golven) dat bestaat uit het afbreken van golven wanneer ze een obstakel op hun pad tegenkomen of door een spleet gaan.

Houd er rekening mee dat diffractie alleen optreedt wanneer de golf wordt vervormd door een obstakel waarvan de afmetingen vergelijkbaar zijn met de golflengte.

Huygens theorie legt uit dat wanneer licht op een spleet valt, alle punten in het vlak secundaire bronnen van golven worden en, zoals eerder uitgelegd, nieuwe golven uitzenden die in dit geval afgebogen golven worden genoemd.

De onbeantwoorde vragen van de Huygens-theorie

Huygens 'principe liet een reeks vragen onbeantwoord. Zijn bewering dat elk punt op een golffront op zijn beurt een bron van een nieuwe golf was, kon niet verklaren waarom licht zich zowel achterwaarts als voorwaarts voortplant.

Evenzo was de uitleg van het concept ether niet geheel bevredigend en was een van de redenen waarom zijn theorie aanvankelijk niet werd aanvaard.

Herstel van het golfmodel

Pas in de 19e eeuw werd het golfmodel hersteld. Het was vooral te danken aan de bijdragen van Thomas Young die erin slaagde alle lichtverschijnselen te verklaren vanuit het feit dat licht een longitudinale golf is.

Concreet voerde hij in 1801 zijn beroemde experiment met dubbele spleet uit. Met dit experiment bevestigde Young een interferentiepatroon in licht van een verre lichtbron wanneer het afbuigde nadat het door twee spleten was gegaan.

Op dezelfde manier verklaarde Young door middel van het golfmodel ook de verstrooiing van wit licht in de verschillende kleuren van de regenboog. Hij toonde aan dat in elk medium elk van de kleuren waaruit licht bestaat een karakteristieke frequentie en golflengte heeft.

Op deze manier demonstreerde hij dankzij dit experiment het golfkarakter van licht.

Interessant is dat dit experiment in de loop van de tijd de sleutel bleek te zijn tot het aantonen van de dualiteit van lichtgolven, een fundamenteel kenmerk van de kwantummechanica.

Referenties

1. Burke, John Robert (1999). Fysica: de aard van de dingen. Mexico DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Encyclopedia of World Biography. 2004. Encyclopedia.com. (14 december 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fysiek. 3e editie. Barcelona: ik ben omgekeerd.
4. Het golfvoortplantingsprincipe van David AB Miller Huygens gecorrigeerd, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnel-principe (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 1 april 2018, via en.wikipedia.org.
6. Licht (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 1 april 2018, via en.wikipedia.org.

Young's experiment (zd). Op Wikipedia. Opgehaald op 1 april 2018, via es.wikipedia.org.