Teori Gelang Penjelasan Cahaya, Aplikasi, Contoh

The Teori cahaya yang bergelora Ini adalah teori yang bertujuan untuk menerangkan sifat cahaya dan menganggap ini gelombang elektromagnet. Ia dirumuskan pada tahun 1678 oleh ahli fizik Belanda Christian Huygens, walaupun pada masa itu dia tidak menerima sedikit saintis lain.

Sepanjang sejarahnya, kemanusiaan selalu merasakan minat hidup dalam memahami cahaya, dan dalam setiap era, saintis dan pemikir menghuraikan pelbagai teori. Walau bagaimanapun, teori bergelora adalah yang menerangkan dengan fenomena cahaya kejayaan yang paling besar, seperti gangguan, yang terdiri daripada pertindihan dua atau lebih gelombang di tempat ruang.

Rajah 1. Teori cahaya yang beralun dicipta oleh ahli fizik Belanda Christian Huygens pada tahun 1678. Sumber: f. Zapata.

Gangguan adalah fenomena yang hanya berlaku dalam gelombang, bukan dalam zarah (pada tahap makroskopik).

[TOC]

Sejarah

Penemuan saintifik abad kesembilan belas menyumbang bukti kukuh yang menyokong teori beralun. Salah seorang daripada mereka adalah corak jalur cahaya dan gelap yang ahli fizik Inggeris Thomas Young ditemui dalam eksperimen celah ganda yang terkenal. Hanya gelombang yang mampu melakukan tingkah laku sedemikian (lihat Rajah 7).

Tetapi sebelum itu cahaya juga dianggap sebagai aliran zarah yang berasal dari objek: ia adalah teori korpuskular cahaya yang dicadangkan oleh Isaac Newton (1642-1727), di mana Huygens lebih kurang kontemporari.

Rajah 2: Teori Huygens dan Einstein

Dengan teori korpuskularnya, Newton juga dapat menjelaskan fenomena setiap hari dengan memuaskan seperti pembiasan dan refleksi. Dan pada awal abad ke -20 penemuan baru muncul memihak kepada teori ini.

Maka patut ditanya: apakah cahaya akhirnya? Jawapannya bersifat ganda: Apabila menyebarkan, cahaya mempamerkan tingkah laku gelombang dan ketika berinteraksi dengan bahan, ia melakukannya sebagai zarah: foton.

Penjelasan

Refleksi dan pembiasan cahaya adalah tingkah laku yang ada ketika ia berlalu dari satu medium ke yang lain. Terima kasih kepada refleksi kita melihat pantulan kita pada permukaan logam dan cermin yang digilap.

Boleh melayani anda: elektrik statikRajah 3: Pembiasan cahaya

Pembiasan diperhatikan apabila pensil atau rod nampaknya dibahagikan kepada dua dengan sebahagiannya tenggelam di dalam air atau kita hanya melihatnya melalui gelas kaca.

Rajah 4. Pembiasan cahaya ketika bergerak dari udara ke media yang berbeza, seperti kaca dan air, kerana setiap orang mengubah arah dan kelajuannya. Sumber: Wikimedia Commons. Oleh Mehran Moghtadai - Kerja Sendiri, CC BY -SA 3.0.

Sebaliknya, cahaya bergerak dalam garis lurus, sesuatu yang juga diperhatikan oleh Christian Huygens dan menerangkannya. Huygens mencadangkan perkara berikut:

-Cahaya terdiri daripada depan gelombang rata yang menyebar berikutan garis lurus.

-Kedua -dua refleksi dan pembiasan berlaku kerana setiap depan gelombang bersamaan dengan cahaya kilat.

-Medium bahan yang dipanggil eter diperlukan, supaya cahaya menyebar, kerana bunyi memerlukan udara untuk dihantar.

Huygens percaya bahawa cahaya itu adalah gelombang membujur, serta bunyi, yang tingkah lakunya lebih dikenali untuk masa terima kasih kepada eksperimen Robert Boyle (1627-1691). Ini tercermin dalam karyanya yang bertajuk Perjanjian cahaya.

Ramai saintis berusaha dengan penuh semangat kepada eter yang dicadangkan oleh Huygens, tetapi tidak pernah menemuinya.

Dan sebagai teori korpuskular Newton juga menjelaskan refleksi dan pembiasan, ini berlaku sehingga awal abad kesembilan belas, ketika Thomas Young menjalankan eksperimennya yang terkenal.

Prinsip Huygens

Untuk menerangkan refleksi dan pembiasan cahaya, Huygens mengembangkan pembinaan geometri yang dipanggil Prinsip Huygens:

Mana -mana titik depan gelombang adalah, pada gilirannya, sumber masa yang tepat yang juga menghasilkan gelombang sfera sekunder.

Ini adalah gelombang sfera, kerana kita mengandaikan bahawa persekitaran di mana mereka melakukan perjalanan adalah homogen, jadi sumber cahaya memancarkan sinar yang tersebar ke semua arah. Di bahagian depan atau permukaan gelombang, semua titik berada dalam keadaan getaran yang sama.

Boleh melayani anda: matahari

Tetapi apabila sumbernya cukup jauh, seorang pemerhati menganggap bahawa cahaya bergerak ke arah tegak lurus ke depan gelombang, yang dianggap sebagai satah kerana jarak, dan juga berbuat demikian dalam garis lurus.

Ini berlaku dengan sinar dari sumber yang agak jauh, seperti matahari.

Rajah 5. Cahaya merebak dalam garis lurus dan tegak lurus ke hadapan gelombang. Sekiranya sumbernya jauh, bahagian depan dilihat sebagai rancangan. Sumber: f. Zapata.

Cahaya sebagai gelombang elektromagnet

Ini adalah ramalan persamaan yang dibuat oleh James Clerk Maxwell (1831-1879) pada abad ke-19. Apabila medan elektrik dan magnet bergantung pada masa, ia dikaitkan dengan cara yang salah satu daripadanya menghasilkan yang lain.

Ditambah pula, ladang bergerak seperti gelombang elektromagnet yang mampu menyebarkan walaupun dalam vakum.

Rajah 6.- Gelombang elektromagnet, yang terdiri daripada medan elektrik dan satu lagi magnet, serenjang antara satu sama lain. Sebaliknya, gelombang bergerak tegak lurus kepada mereka. Sumber: Wikimedia Commons.

Medan elektrik dan magnet berserenjang antara satu sama lain dan arah penyebaran gelombang. Cahaya bukan gelombang membujur, seperti yang dipercayai oleh Huygens, tetapi transversal.

Apabila atom dan molekul menyusun semula elektron konstituen mereka memancarkan cahaya, jadi ia berlaku di bawah sinar matahari kita. Dari situ, cahaya bergerak dalam kekosongan ruang pada kelajuan yang berterusan, ia tiba di bumi dan sedang dalam perjalanan ke media material, seperti udara dan air.

Cahaya yang kelihatan menduduki jalur kecil frekuensi dalam spektrum elektromagnet, kerana kita hanya melihat mereka yang mata sensitif.

Contoh Teori Korpuskular

Sifat cahaya yang beralun dan penyebaran rectilinearnya diturunkan dalam:

Boleh melayani anda: Apakah proses isoterma? (Contoh, latihan)

-Fenomena semua jenis gelombang, cahaya itu sama -sama dapat bereksperimen, seperti polarisasi, gangguan, difraksi, refleksi dan pembiasan.

-Warna -warna iridescent yang terbentuk dalam filem sabun nipis.

-Eksperimen Young, di mana depan gelombang mempengaruhi dua celah, menimbulkan depan gelombang baru yang menggabungkan (mengganggu) di skrin yang bertentangan. Terdapat corak ciri -ciri jalur terang yang bergantian dengan jalur gelap.

Rajah 7. Eksperimen Celah Double Young. Sumber: Fizik. Santillana Hypertext.

-Pembentukan bayang -bayang, kawasan gelap yang muncul ketika objek berdiri di antara cahaya dan mata kita. Sekiranya cahaya tidak akan menyebarkan secara rectilinear, mungkin dapat dilihat melalui objek legap.

Aplikasi

Dengan memiliki kualiti gelombang, cahaya mempunyai banyak aplikasi:

Filem nipis

Gangguan yang merosakkan cahaya dalam filem nipis - seperti gelembung sabun yang disebutkan di atas - digunakan untuk mengeluarkan salutan anti -reflektif untuk gelas untuk gelas.

Laser

Ia adalah sumber cahaya yang sengit dan koheren, yang mungkin untuk dibina sebaik sahaja sifat gelombang-zarah cahaya difahami.

Holografi

Ini adalah teknik di mana corak gangguan objek tiga dimensi dicatatkan pada plat fotografi rata.

Kemudian, plak dengan sumber cahaya yang sesuai (biasanya laser) menerangi imej tiga dimensi objek.

Polarimetri

Ini adalah teknik yang menggunakan polarisasi cahaya, fenomena yang timbul ketika medan elektromagnet selalu berkisar ke arah yang sama.

Polarimetri digunakan secara industri untuk mengetahui kawasan di mana kepingan mengalami usaha mekanikal yang lebih besar. Dengan cara ini reka bentuk dan bahan binaan dioptimumkan.

Interferometri

Interferometri adalah teknik yang menggunakan fenomena gangguan cahaya. Ia digunakan dalam astronomi ketika menggabungkan cahaya dari beberapa teleskop, untuk membentuk rangkaian dengan resolusi yang lebih besar.

Ia berlaku dalam radiofrequency (rantau lain spektrum elektromagnet yang tidak dapat dilihat), serta dalam julat optik. Satu lagi aplikasi interferometri adalah dalam mengesan keretakan dan kegagalan dalam kepingan yang dihasilkan.

Rujukan

1. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 7. Gelombang dan Fizik Kuantum. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson.
4. Romero, o. 2009. Fizikal. Santillana Hypertext.
5. Serway, r. 2019. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. 10th. Edisi. Jilid 2. Cengage.
6. Shipman, j. 2009. Pengenalan kepada Sains Fizikal. Edisi Kedua Belas. Brooks/Cole, Edisi Cengage.
7. Wikipedia. Cahaya. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.