Principe de diffraction de Huygens

Le principe d'analyse des ondes de Huygen vous aide à comprendre mouvements des vagues autour des objets. Le comportement des vagues peut parfois être contre-intuitif. Il est facile de penser aux vagues comme si elles se déplaçaient simplement en ligne droite, mais nous avons de bonnes preuves que ce n'est souvent tout simplement pas vrai.

Par exemple, si quelqu'un crie, le son se propage dans toutes les directions à partir de cette personne. Mais s'ils sont dans une cuisine avec une seule porte et qu'ils crient, la vague se dirigeant vers la porte de la salle à manger passe par cette porte, mais le reste du son frappe le mur. Si la salle à manger est en forme de L et que quelqu'un se trouve dans un salon qui se trouve à un coin et à travers une autre porte, il entendra toujours le cri. Si le son se déplaçait en ligne droite avec la personne qui criait, cela serait impossible car il n'y aurait aucun moyen pour le son de se déplacer dans le coin.

Cette question a été abordée par Christiaan Huygens (1629-1695), un homme qui était également connu pour la création de certains des

Le principe de l'analyse des vagues de Huygens énonce essentiellement que:

Chaque point d'un front d'onde peut être considéré comme la source d'ondelettes secondaires qui s'étalent dans toutes les directions avec une vitesse égale à la vitesse de propagation des ondes.

Cela signifie que lorsque vous avez une onde, vous pouvez voir le "bord" de l'onde comme créant réellement une série d'ondes circulaires. Ces ondes se combinent dans la plupart des cas pour simplement continuer la propagation, mais dans certains cas, il y a des effets observables importants. Le front d'onde peut être considéré comme la ligne tangente à toutes ces ondes circulaires.

Ces résultats peuvent être obtenus séparément des équations de Maxwell, bien que le principe de Huygens (qui est venu en premier) soit un modèle utile et soit souvent pratique pour les calculs des phénomènes ondulatoires. Il est fascinant que le travail de Huygens ait précédé celui de James Clerk Maxwell par environ deux siècles, et pourtant semblait l'anticiper, sans la solide base théorique fournie par Maxwell. Loi d'Ampère et Loi de Faraday prédire que chaque point d'une onde électromagnétique agit comme une source de l'onde continue, ce qui est parfaitement en ligne avec l'analyse de Huygens.

Lorsque la lumière passe par une ouverture (une ouverture à l'intérieur d'une barrière), chaque point de l'onde lumineuse à l'intérieur de l'ouverture peut être considérée comme créant une onde circulaire qui se propage vers l'extérieur à partir de la ouverture.

L'ouverture est donc traitée comme créant une nouvelle source d'onde, qui se propage sous la forme d'un front d'onde circulaire. Le centre du front d'onde a une plus grande intensité, avec une atténuation de l'intensité à l'approche des bords. Il explique la diffraction observé, et pourquoi la lumière à travers une ouverture ne crée pas une image parfaite de l'ouverture sur un écran. Les bords "étalés" sur la base de ce principe.

Un exemple de ce principe au travail est courant dans la vie de tous les jours. Si quelqu'un est dans une autre pièce et appelle vers vous, le son semble provenir de la porte (sauf si vous avez des murs très fins).

Les lois de réflexion et la réfraction peut toutes deux être dérivée du principe de Huygens. Les points le long du front d'onde sont traités comme des sources le long de la surface du milieu réfringent, point auquel l'onde globale se courbe en fonction du nouveau milieu.

La réflexion et la réfraction ont pour effet de changer la direction des ondes indépendantes émises par les sources ponctuelles. Les résultats des calculs rigoureux sont identiques à ceux obtenus à partir de l'optique géométrique de Newton (comme la loi de Snell de réfraction), qui a été dérivée selon un principe de particules de la lumière - bien que la méthode de Newton soit moins élégante dans son explication de diffraction.

Édité par Anne Marie Helmenstine, Ph. D.