Уявіть собі хвилю на поверхні водойми. Найпростіше, здавалося б, описати хвильовий рух води чисто механічно – розрахувати сили гідродинамічного тиску, що діють на частинки водної поверхні знизу, і сили гравітаційного тяжіння, які їм протидіють, сумарний вплив яких і призводить до того, що поверхня ритмічно коливається вгору-вниз. Однак наприкінці XVII століття голландський фізик Крістіан Гюйгенс уявив собі хвильову картину дещо по-іншому і вивів, завдяки цьому, потужний принцип, який в рівній мірі може застосовуватися до будь-яких хвиль – починаючи від хвиль на водній поверхні і закінчуючи гамма-випромінюванням далеких галактик. Цей принцип так і назвали – принцип Гюйгенса.
Принцип Гюйгенса: опис
Сенс принципу Гюйгенса найпростіше зрозуміти, якщо уявити собі, що гребінь хвилі на водній поверхні на мить застиг. Тепер уявіть, що в цю мить вздовж усього фронту хвилі в кожну точку гребеня кинуто по каменю, в результаті чого кожна точка гребеня стає джерелом нової кругової хвилі. Практично всюди зрушені хвилі взаємно загасяться і не проявляться на водній поверхні. І лише вздовж фронту вихідної хвилі вторинні маленькі хвилі взаємно посиляться і утворять новий хвильовий фронт, паралельний попередньому і віддалений від нього на деяку відстань. Саме за такою схемою, згідно з принципом Гюйгенса, і поширюється хвиля.
Принцип Гюйгенса: застосування
Так чому ж настільки, здавалося б, парадоксальний погляд на настільки звичайне природне явище, як поширення хвиль, виявляється корисний вченим? Уявіть що буде при зіткненні хвилі з перешкодою на шляху її поширення. Повернімося до прикладу хвилі на водній поверхні і уявімо, що хвиля вдарилася об бетонний хвилеріз під кутом до нього. Згідно з принципом Гюйгенса, з тих точок хвильового фронту, які припали на хвилеріз, вторинні хвилі розповсюджуватися не будуть, а з решти будуть. В результаті хвиля продовжить свій шлях і відновиться позаду хвилеріза. Тобто, фактично, при зіткненні з перешкодою хвиля спокійно огинає його, і будь-який моряк Вам це підтвердить. Ця властивість хвиль називається дифракцією.
Є і цілий ряд інших корисних застосувань принципу Гюйгенса при розгляді хвильових явищ – часом досить несподіваних. Він широко використовується в хвильовій оптиці і в телекомунікаційній інженерії, де хвилі (світлові і радіо відповідно) регулярно стикаються з перешкодами на шляху їхнього поширення і огинають їх.
До відкриття принципу Гюйгенса привели заняття астрономією, для розвитку якої він зробив чимало, зокрема, ставши в 1655 році першовідкривачем Титана – найбільшого супутника Сатурна.
За матеріалами: elementy.ru.
Читайте також:
