TEORIA ONDULATORIA DELLA LUCE DI HUYGENS - FISICO - 2026

La teoria ondulatoria della luce Huygens ha definito la luce come un'onda, simile al suono o alle onde meccaniche prodotte nell'acqua. D'altra parte, Newton affermò che la luce era composta da particelle materiali che chiamò corpuscoli.

La luce ha sempre suscitato l'interesse e la curiosità dell'uomo. In questo modo, sin dal suo inizio uno dei problemi fondamentali della fisica è stato quello di svelare i misteri della luce.

Christiaan huygens

Per questi motivi, nel corso della storia della scienza ci sono state diverse teorie che hanno cercato di spiegare la sua vera natura.

Tuttavia, fu solo tra la fine del XVII e l'inizio del XVIII secolo, con le teorie di Isaac Newton e Christiaan Huygens, che iniziarono a essere gettate le basi per una più profonda comprensione della luce.

Principi della teoria ondulatoria della luce di Huygens

Nel 1678, Christiaan Huygens formulò la sua teoria ondulatoria della luce, che in seguito pubblicò nel 1690 nel suo Trattato sulla luce.

Il fisico olandese ha proposto che la luce fosse emessa in tutte le direzioni come un insieme di onde che viaggiavano attraverso un mezzo che lui chiamava etere. Poiché le onde non sono influenzate dalla gravità, ha ipotizzato che la velocità delle onde sarebbe diminuita quando sono entrate in un mezzo più denso.

Il suo modello è stato particolarmente utile per spiegare la legge di riflessione e rifrazione di Snell-Descartes. Ha anche spiegato in modo soddisfacente il fenomeno della diffrazione.

La sua teoria era fondamentalmente basata su due concetti:

a) Le sorgenti luminose emettono onde di forma sferica, simili alle onde che si verificano sulla superficie dell'acqua. In questo modo i raggi luminosi sono definiti da linee la cui direzione è perpendicolare alla superficie dell'onda.

b) Ogni punto di un'onda è a sua volta un nuovo centro di emissione delle onde secondarie, che vengono emesse con la stessa frequenza e velocità che caratterizzavano le onde primarie. L'infinità delle onde secondarie non viene percepita, quindi l'onda risultante da queste onde secondarie è il loro inviluppo.

Tuttavia, la teoria delle onde di Huygens non fu accettata dagli scienziati del suo tempo, con poche eccezioni come quella di Robert Hooke.

L'enorme prestigio di Newton e il grande successo ottenuto dalla sua meccanica, insieme ai problemi di comprensione del concetto di etere, indussero la maggior parte degli scienziati contemporanei ad optare entrambi per la teoria corpuscolare del fisico inglese.

Riflessione

La riflessione è un fenomeno ottico che si verifica quando un'onda incide obliquamente su una superficie di separazione tra due mezzi e subisce un cambio di direzione, tornando al primo mezzo insieme a parte dell'energia del movimento.

Le leggi della riflessione sono le seguenti:

Prima legge

Il raggio riflesso, l'incidente e la normale (o perpendicolare) si trovano sullo stesso piano.

Seconda legge

Il valore dell'angolo di incidenza è esattamente lo stesso di quello dell'angolo di riflessione.

Il principio di Huygens ci permette di dimostrare le leggi della riflessione. Si è scoperto che quando un'onda raggiunge la separazione del mezzo, ogni punto diventa un nuovo punto focale dell'emettitore che emette onde secondarie. Il fronte d'onda riflesso è l'inviluppo delle onde secondarie. L'angolo di questo fronte d'onda secondario riflesso è esattamente lo stesso dell'angolo incidente.

Rifrazione

Tuttavia, la rifrazione è il fenomeno che si verifica quando un'onda colpisce obliquamente uno spazio tra due mezzi, che hanno un indice di rifrazione diverso.

Quando ciò accade, l'onda penetra e viene trasmessa per mezzo secondo insieme a parte dell'energia del movimento. La rifrazione avviene in conseguenza della diversa velocità con cui le onde si propagano nei diversi mezzi.

Un tipico esempio del fenomeno della rifrazione si può osservare quando un oggetto (ad esempio, una matita o una penna a sfera) viene parzialmente inserito in un bicchiere d'acqua.

Il principio di Huygens ha fornito una spiegazione convincente per la rifrazione. I punti sul fronte d'onda situati al confine tra i due mezzi agiscono come nuove sorgenti di propagazione della luce e quindi la direzione di propagazione cambia.

Diffrazione

La diffrazione è un fenomeno fisico caratteristico delle onde (si verifica in tutti i tipi di onde) che consiste nella deflessione delle onde quando incontrano un ostacolo sul loro percorso o attraversano una fenditura.

Va tenuto presente che la diffrazione si verifica solo quando l'onda è distorta da un ostacolo le cui dimensioni sono paragonabili alla sua lunghezza d'onda.

La teoria di Huygens spiega che quando la luce cade su una fenditura, tutti i punti del suo piano diventano sorgenti secondarie di onde, emettendo, come già spiegato in precedenza, nuove onde, che in questo caso vengono chiamate onde diffratte.

Le domande senza risposta della teoria di Huygens

Il principio di Huygens ha lasciato una serie di domande senza risposta. La sua affermazione che ogni punto su un fronte d'onda fosse a sua volta la fonte di una nuova onda non riuscì a spiegare perché la luce si propaga sia all'indietro che in avanti.

Allo stesso modo, la spiegazione del concetto di etere non era del tutto soddisfacente ed era uno dei motivi per cui la sua teoria non fu inizialmente accettata.

Recupero del modello ondoso

Fu solo nel 19 ° secolo che il modello a onde fu recuperato. Fu soprattutto grazie ai contributi di Thomas Young che riuscì a spiegare tutti i fenomeni di luce sulla base del fatto che la luce è un'onda longitudinale.

Nello specifico, nel 1801 eseguì il suo famoso esperimento della doppia fenditura. Con questo esperimento, Young ha verificato un modello di interferenza alla luce di una sorgente di luce distante quando si diffrangeva dopo essere passata attraverso due fenditure.

Allo stesso modo, Young ha anche spiegato attraverso il modello ondoso la diffusione della luce bianca nei diversi colori dell'arcobaleno. Ha dimostrato che in ogni mezzo, ciascuno dei colori che compongono la luce ha una frequenza e una lunghezza d'onda caratteristiche.

In questo modo, grazie a questo esperimento, ha dimostrato la natura ondulatoria della luce.

È interessante notare che nel tempo questo esperimento si è rivelato la chiave per dimostrare la dualità delle onde corpuscolari della luce, una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica.

Riferimenti

1. Burke, John Robert (1999). Fisica: la natura delle cose. Mexico DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Enciclopedia della biografia mondiale. 2004. Encyclopedia.com. (14 dicembre 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fisico. 3a edizione. Barcellona: ho invertito.
4. Corretto il principio di propagazione delle onde di David AB Miller Huygens, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Principio di Fresnel (nd). In Wikipedia. Estratto il 1 aprile 2018 da en.wikipedia.org.
6. Leggero (nd). In Wikipedia. Estratto il 1 aprile 2018 da en.wikipedia.org.

Esperimento di Young (nd). Su Wikipedia. Estratto il 1 aprile 2018 da es.wikipedia.org.