Bølgende teori om lysforklaring, applikasjoner, eksempler

De bølgende teori om lys Det er en teori som søker å forklare lysets natur og anser dette som en elektromagnetisk bølge. Det ble formulert i 1678 av den nederlandske fysikeren Christian Huygens, selv om han på det tidspunktet hadde liten aksept av andre forskere.

Gjennom sin historie følte menneskeheten alltid en levende interesse for å forstå lyset, og i hver tid utdypet forskere og tenkere forskjellige teorier. Imidlertid er den bølgende teorien den som forklarer med de største suksessfenomenene med lys, for eksempel interferens, som består i overlappingen av to eller flere bølger på et sted i rommet.

Figur 1. Den bølgende teorien om lys ble skapt av den nederlandske fysikeren Christian Huygens i 1678. Kilde: f. Zapata.

Interferens er et fenomen som bare forekommer i bølger, ikke i partikler (på makroskopisk nivå).

[TOC]

Historie

De vitenskapelige funnene fra det nittende århundre bidro med sterke bevis som støtter den bølgende teorien. En av dem var mønsteret av lyse og mørke band som den engelske fysikeren Thomas Young fant i sitt berømte dobbeltspalteeksperiment. Bare bølger er i stand til slik oppførsel (se figur 7).

Men før det ble lyset også betraktet som en strøm av partikler som stammet fra objektene: det er den korpuskulære teorien om lyset foreslått av Isaac Newton (1642-1727), hvorav Huygens var mer eller mindre samtidig.

Figur 2: Huygens og Einstein teori

Med sin korpuskulære teori, kunne Newton også tilfredsstillende forklare hverdagslige fenomener som refraksjon og refleksjon. Og på begynnelsen av 1900 -tallet dukket det opp nye funn for denne teorien.

Da er det verdt å spørre: hva er lyset endelig? Svaret er i dobbelt karakter: Når det forplantes, viser lyset bølgeatferd og når man samhandler med materie, gjør det det som en partikkel: fotonet.

Forklaring

Refleksjon og brytning av lys er atferd som den har når den går fra et medium til et annet. Takket være refleksjon ser vi vår refleksjon over polerte metalloverflater og speil.

Kan tjene deg: statisk elektrisitetFigur 3: Lett brytning

Refraksjonen blir observert når en blyant eller stang ser ut til å være delt i to ved å være delvis nedsenket i vann, eller vi ser dem ganske enkelt gjennom glasset i glasset.

Figur 4. Brytningen av lyset når du beveger seg fra luften til forskjellige medier, for eksempel glass og vann, siden i hver enkelt endrer retning og hastighet. Kilde: Wikimedia Commons. Av Mehran Moghtadai - eget arbeid, CC av -sa 3.0.

På den annen side reiser lyset i en rett linje, noe Christian Huygens også hadde observert og for å forklare det. Huygens foreslo følgende:

-Lyset består av en flatbølgefront som sprer seg etter en rett linje.

-Både refleksjon og refraksjon oppstår fordi hver bølgefront tilsvarer et lynlys.

-Det kreves et materielt medium som kalles eter, slik at lyset sprer seg, ettersom lyden trenger luften for å overføre.

Huygens mente at lyset var en langsgående bølge, så vel som lyden, hvis oppførsel var mye bedre kjent for tiden takket være eksperimentene til Robert Boyle (1627-1691). Dette gjenspeiles i hans arbeid med tittelen Lystraktat.

Mange forskere søkte ivrig etter eteren foreslått av Huygens, men fant ham aldri.

Og da Newtons korpuskulære teori også forklarte refleksjon og refraksjon, seiret dette til begynnelsen av det nittende århundre, da Thomas Young gjennomførte sitt berømte eksperiment.

Huygens -prinsipp

For å forklare refleksjon og brytning av lys, utviklet Huygens en geometrisk konstruksjon kalt Huygens -prinsipp:

Ethvert punkt med en bølgefront er på sin side en punktlig kilde som også produserer sekundære sfæriske bølger.

Dette er sfæriske bølger, fordi vi antar at miljøet de reiser i er homogen i, så en lyskilde avgir stråler som sprer seg i alle retninger likt. På frontene eller bølgeoverflatene er alle punkter i samme vibrasjonstilstand.

Kan tjene deg: sol

Men når kilden er langt nok, oppfatter en observatør at lyset reiser i retningen vinkelrett på bølgefronten, som oppfattes som et fly på grunn av avstanden, og gjør det også i en rett linje.

Dette skjer med strålene fra en relativt fjern kilde, for eksempel solen.

Figur 5. Lyset sprer seg i en rett linje og vinkelrett på bølgefrontene. Hvis kilden er fjern, blir frontene sett på som planer. Kilde: f. Zapata.

Lys som en elektromagnetisk bølge

Dette er en prediksjon av ligningene laget av James Clerk Maxwell (1831-1879) i løpet av 1800-tallet. Når elektriske og magnetiske felt er avhengige av tid, er de koblet på en slik måte at den ene av dem genererer den andre.

Koblet reiser feltene som en elektromagnetisk bølge som er i stand til å spre seg selv i et vakuum.

Figur 6.- En elektromagnetisk bølge, bestående av et elektrisk felt og en annen magnetisk, vinkelrett på hverandre. På sin side beveger bølgen seg vinkelrett på dem. Kilde: Wikimedia Commons.

De elektriske og magnetiske feltene er vinkelrett på hverandre og retningen på bølgeutbredelse. Lys er ikke en langsgående bølge, som Huygens trodde, men tverrgående.

Når atomer og molekyler omorganiserer sine konstituerende elektroner avgir lys, så det skjer i solen vår. Derfra reiser lyset i rommet med konstant hastighet, det kommer på jorden og er på vei til materielle medier, for eksempel luft og vann.

Det synlige lyset opptar en liten stripe med frekvenser i det elektromagnetiske spekteret, siden vi bare ser de som øyet er følsomt.

Eksempler på korpuskulær teori

Lysens bølgende natur og dens rettlinjede forplantning blir avslørt i:

Kan tjene deg: Hva er en isotermisk prosess? (Eksempler, øvelser)

-Fenomenene av alle slags bølger, at lys er like i stand til å eksperimentere, for eksempel polarisering, interferens, diffraksjon, refleksjon og refraksjon.

-De iriserende fargene som er dannet i tynne såpefilmer.

-Youngs eksperiment, der en bølgefront påvirker de to spaltene, og gir opphav til nye bølgefronter som kombinerer (forstyrrer) på motsatt skjerm. Det er et karakteristisk mønster av lyse band som veksler med mørke band.

Figur 7. Youngs dobbeltspalteeksperiment. Kilde: Fysikk. Santillana hypertekst.

-Dannelsen av skygger, de mørke områdene som vises når et objekt står mellom lyset og øynene våre. Hvis lyset ikke ville spre seg rettlinjet, ville det være mulig å se gjennom ugjennomsiktige objekter.

applikasjoner

Ved å ha bølgeegenskaper har lyset utallige bruksområder:

Tynne filmer

Den destruktive forstyrrelsen av lys i tynne filmer - som de nevnte såpeboblene - brukes for å produsere anti -reflekterende belegg for briller for briller.

Laseren

Det er en intens og sammenhengende lyskilde, som var mulig å bygge når lysets bølgepartikler ble forstått.

Holografi

Det er en teknikk der interferensmønsteret til et tre -dimensjonalt objekt registreres på en flat fotografisk plate.

Deretter opplyste plakaten med den aktuelle lyskilden (vanligvis laser) det tre -dimensjonale bildet av objektet.

Polarimetri

Det er en teknikk som benytter seg av polarisering av lys, et fenomen som oppstår når det elektromagnetiske feltet alltid varierer i samme retning.

Polarimetri brukes industrielt for å kjenne områdene der brikkene opplever større mekanisk innsats. På denne måten er design- og konstruksjonsmaterialene optimalisert.

Interferometri

Interferometri er en teknikk som bruker fenomenet lysforstyrrelse. Det brukes i astronomi når du kombinerer lys fra flere teleskoper, for å danne et nettverk med større oppløsning.

Det gjelder både i radiofrekvens (et annet område av det elektromagnetiske spekteret som ikke er synlig), så vel som i det optiske området. En annen anvendelse av interferometri er i påvisning av sprekker og feil i produserte stykker.

Referanser

1. Figueroa, d. (2005). Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 7. Bølger og kvantefysikk. Redigert av Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
4. Romero, o. 2009. Fysisk. Santillana hypertekst.
5. Serway, r. 2019. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. 10. Utgave. Volum 2. Cengage.
6. Shipman, J. 2009. En introduksjon til fysisk vitenskap. Tolvte utgave. Brooks/Cole, Cengage Editions.
7. Wikipedia. Lys. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org.