Απόδειξη Αντανάκλασης
Ο Huygens ήταν αυτός που αντέκρουσε τη θεωρία του Νεύτωνα για το φως που έχει σωματιδιακή φύση. Πρότεινε ότι το φως έχει κυματικές ιδιότητες. Η αντίφαση κατέληξε λέγοντας ότι το φως έχει και σωματιδιακή και κυματική φύση. Ο Huygens και ο Fresnel, μαζί, έθεσαν μια αρχή που περιγράφει την κίνηση και το σχηματισμό κυμάτων από τα προηγούμενα.
Η αρχή του Huygen για τα δευτερεύοντα κυματίδια άνοιξε επίσης τον δρόμο για την ανάλυση και τον προσδιορισμό της θέσης ενός κυματιδίου από τη γνωστή θέση του προηγούμενου. Η αρχή Huygens-Fresnel ισχύει για όλους τους τύπους κυμάτων, συμπεριλαμβανομένου του φωτός, του ήχου και του νερού. Η αρχή του Huygen λειτουργεί για την απόδειξη του προβληματισμού. Η απόδειξη του προβληματισμού δίνεται παρακάτω.
Αρχή Huygens-Fresnel
Ο Christiaan Huygens και ο Augustin-Jean Fresnel πρότειναν τη θεωρία τους το έτος 1690.
Η αρχή Huygens-Fresnel των δευτερευόντων κυματιδίων δηλώνει ότι τα κυματίδια προέρχονται από κάθε πιθανό σημείο μετώπου κύματος του προδρόμου του κύματος.
Το κυματίδιο ξεκινά και ταξιδεύει προς τα εμπρός κατά μήκος της εφαπτομένης που σύρεται στο σημείο μετώπου κύματος.
Το σημείο στο μέτωπο κύματος είναι η πηγή γέννησης των δευτερευόντων κυμάτων.
Εφαρμόζεται σε προβλήματα όπως η διάδοση κυμάτων και η θέση του δευτερεύοντος κυματιδίου.
Ο χρόνος που απαιτείται για το σχηματισμό του δευτερεύοντος κυματιδίου από το πρωτεύον είναι σταθερός, αλλά τα κύματα καθιζάνουν με το χρόνο.
Wavefront
Το μέτωπο κύματος είναι το σημείο ή ο τόπος όπου τα κύματα βρίσκονται στην ίδια φάση.
Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι μετώπων κύματος.
Σφαιρικό μέτωπο κύματος – τα κύματα είναι κυκλικά και ομόκεντρα.
Επίπεδο μέτωπο κύματος – τα κύματα που φαίνονται είναι μόνο ένα μικρό μέρος του σφαιρικού κύματος και είναι γραμμικά.
Κυλινδρικό μέτωπο κύματος – το κύμα είναι κυλινδρικό και έχει ίσες αποστάσεις από το κέντρο έως τον ορίζοντα του κύματος. Σχηματίζεται όταν τα κύματα περνούν από μια στενή σχισμή.
Αντανάκλαση
Όταν τα κύματα που χτυπούν έναν αεροπλάνο καθρέφτη μεταδίδονται πίσω, ονομάζεται ανάκλαση.
Σύμφωνα με το νόμο του Snell, η γωνία πρόσπτωσης είναι ίδια με τη γωνία ανάκλασης.
∠i =∠r
Η ανάκλαση αναφέρεται στην αλλαγή της κατεύθυνσης των κυμάτων λόγω παρεμβολής ή εμποδίου από άλλο μέσο.
Τύποι αντανάκλασης
Με βάση την κατεύθυνση και τη γωνία των ανακλώμενων ακτίνων, ο τύπος ανάκλασης ποικίλλει.
Κατασκοπική αντανάκλαση
Το φως πέφτει στην επίπεδη επιφάνεια του καθρέφτη και αντανακλάται στην ίδια γωνία. Ονομάζεται κατοπτρική ανάκλαση.
Διάχυτη ανάκλαση
Το φως πέφτει στον καθρέφτη του αεροπλάνου και αναπηδά σε διαφορετικές γωνίες. Ονομάζεται διάχυτη ανάκλαση.
Ρετρό αντανάκλαση
Όταν η προσπίπτουσα φωτεινή ακτίνα αντανακλάται κατά μήκος της ίδιας διαδρομής πρόσπτωσής της, είναι οπισθοανακλάση.
Πολλαπλές αντανακλάσεις
Όταν τοποθετούνται πολλά κάτοπτρα κατά μήκος της διαδρομής ανάκλασης της αρχικής προσπίπτουσας ακτίνας, οι ακτίνες αντανακλώνται συνεχώς και σχηματίζουν πολλαπλές αντανακλάσεις, καθώς και πολλαπλές εικόνες.
Απόδειξη αντανάκλασης
Η αρχή του Huygens διακήρυξε την απόδειξη της ανάκλασης, της διάθλασης και της διάθλασης του φωτός. Σύμφωνα με τις σημειώσεις απόδειξης προβληματισμού, ας κατανοήσουμε την αρχή Huygens –
Σκεφτείτε ότι οι φωτεινές ακτίνες Α και Β πέφτουν στον επίπεδο καθρέφτη σε σημείο πρόσπτωσης Α και Β.
Ανακλώνται υπό γωνία 'i' και 'r', αντίστοιχα, όπως οι ανακλώμενες ακτίνες P' και 'Q'.
sin(i) = sin(r)
Έτσι, i =r.
Αποδεικνύει τόσο τον πρώτο όσο και τον δεύτερο νόμο της ανάκλασης.
Ο πρώτος νόμος της ανάκλασης
Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της ανάκλασης, η γωνία πρόσπτωσης(i) και η γωνία ανάκλασης(r) είναι ίσες όταν οι φωτεινές ακτίνες προσπίπτουν σε ένα επίπεδο κάτοπτρο.
Ο δεύτερος νόμος της ανάκλασης
Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της ανάκλασης, η ακτίνα πρόσπτωσης, η κανονική γραμμή στο σημείο πρόσπτωσης και η ακτίνα ανάκλασης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
Ο τρίτος νόμος της ανάκλασης
Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο της ανάκλασης, η ακτίνα πρόσπτωσης(i) και η ακτίνα ανάκλασης(r) βρίσκονται στις απέναντι πλευρές της Κανονικής γραμμής του καθρέφτη.
Αντανάκλαση κυμάτων
Η ανάκλαση των κυμάτων μπορεί να παρατηρηθεί σε ορισμένες πραγματικές καταστάσεις στον πλανήτη μας.
Η αντανάκλαση των κυμάτων λόγω σύγκρουσης μεταξύ τους είναι εμφανής όταν ακούμε ηχώ σε ένα κενό μέρος.
Η αρχή της ανάκλασης των κυμάτων χρησιμοποιείται στους ανιχνευτές σόναρ.
Είναι ζωτικής σημασίας για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση της σεισμικής δραστηριότητας της γης.
Τα κύματα της επιφάνειας των υδάτινων σωμάτων εμφανίζουν αντανάκλαση των κυμάτων του νερού.
Είναι εμφανές σε ορισμένα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Είναι χρήσιμο για ραδιομετάδοση ακτίνων και ραντάρ.
Χρησιμοποιείται στην κατασκευή οργάνων που αναλύουν τη δομή μιας ουσίας.
Συμπέρασμα
Η απόδειξη του προβληματισμού είναι εμφανής από την αρχή του Huygens. Και οι τρεις νόμοι της αντανάκλασης αποδεικνύονται από την αρχή του Huygens. Οι σημειώσεις απόδειξης ανάκλασης παρέχουν τρεις νόμους ανάκλασης:(i) η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την ανακλώμενη γωνία. ii) η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κανονική του σημείου πρόσπτωσης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο· (iii) η προσπίπτουσα ακτίνα βρίσκεται απέναντι από τις ανακλώμενες ακτίνες.
Οι Huygen και Fresnel πρότειναν ότι τα δευτερεύοντα κυματίδια προέρχονται από τα πρωτεύοντα μέτωπα κύματος που σχηματίστηκαν προηγουμένως. Οποιοδήποτε σημείο στο μέτωπο κύματος είναι η πηγή προέλευσης ενός νέου δευτερεύοντος κυματιδίου. Η αρχή του Huygen ικανοποιεί επίσης τους νόμους της διάθλασης και της περίθλασης.
