- Principes de la théorie des ondes de Huygens sur la lumière
- Réflexion
- Première loi
- Deuxième loi
- Réfraction
- Diffraction
- Les questions sans réponse de la théorie de Huygens
- Récupération du modèle de vague
- Références
La théorie des ondes de la lumière Huygens a défini la lumière comme une onde, semblable aux ondes sonores ou mécaniques produites dans l'eau. D'un autre côté, Newton a affirmé que la lumière était constituée de particules matérielles qu'il appelait corpuscules.
La lumière a toujours suscité l'intérêt et la curiosité des humains. De cette manière, depuis sa création, l'un des problèmes fondamentaux de la physique a été de dévoiler les mystères de la lumière.
Christiaan huygens
Pour ces raisons, tout au long de l'histoire de la science, différentes théories ont tenté d'expliquer sa vraie nature.
Cependant, ce n'est qu'à la fin du XVIIe et au début du XVIIIe siècle, avec les théories d'Isaac Newton et de Christiaan Huygens, que les bases d'une compréhension plus profonde de la lumière ont commencé à être posées.
Principes de la théorie des ondes de Huygens sur la lumière
En 1678, Christiaan Huygens a formulé sa théorie des ondes de la lumière, qu'il a ensuite publiée en 1690 dans son Traité sur la lumière.
Le physicien néerlandais a proposé que la lumière soit émise dans toutes les directions sous la forme d'un ensemble d'ondes traversant un milieu qu'il a appelé éther. Puisque les vagues ne sont pas affectées par la gravité, il a supposé que la vitesse des vagues diminuerait lorsqu'elles pénétreraient dans un milieu plus dense.
Son modèle a été particulièrement utile pour expliquer la loi de Snell-Descartes de la réflexion et de la réfraction. Il a également expliqué de manière satisfaisante le phénomène de diffraction.
Sa théorie était fondamentalement basée sur deux concepts:
a) Les sources lumineuses émettent des ondes de forme sphérique, similaires aux ondes qui se produisent à la surface de l'eau. De cette manière, les rayons lumineux sont définis par des lignes dont la direction est perpendiculaire à la surface de l'onde.
b) Chaque point d'une onde est à son tour un nouveau centre d'émission d'ondes secondaires, qui sont émises avec la même fréquence et la même vitesse qui caractérisaient les ondes primaires. L'infini des ondes secondaires n'est pas perçue, donc l'onde résultant de ces ondes secondaires est leur enveloppe.
Cependant, la théorie des vagues de Huygens n'a pas été acceptée par les scientifiques de son temps, à quelques exceptions près comme celle de Robert Hooke.
L'énorme prestige de Newton et le grand succès que sa mécanique a obtenu, ainsi que les problèmes de compréhension du concept de l'éther, ont poussé la plupart des scientifiques contemporains à opter tous les deux pour la théorie corpusculaire du physicien anglais.
Réflexion
La réflexion est un phénomène optique qui se produit lorsqu'une onde est incidente en oblique sur une surface de séparation entre deux milieux et subit un changement de direction, étant renvoyée vers le premier milieu avec une partie de l'énergie du mouvement.
Les lois de la réflexion sont les suivantes:
Première loi
Le rayon réfléchi, l'incident et la normale (ou perpendiculaire), sont situés dans le même plan.
Deuxième loi
La valeur de l'angle d'incidence est exactement la même que celle de l'angle de réflexion.
Le principe de Huygens nous permet de démontrer les lois de la réflexion. On constate que lorsqu'une onde atteint la séparation du média, chaque point devient un nouveau foyer émetteur émettant des ondes secondaires. Le front d'onde réfléchi est l'enveloppe des ondes secondaires. L'angle de ce front d'onde secondaire réfléchi est exactement le même que l'angle incident.
Réfraction
Cependant, la réfraction est le phénomène qui se produit lorsqu'une onde frappe obliquement un espace entre deux milieux, qui ont un indice de réfraction différent.
Lorsque cela se produit, l'onde pénètre et est transmise pendant une demi-seconde avec une partie de l'énergie du mouvement. La réfraction se produit en raison de la vitesse différente avec laquelle les ondes se propagent dans les différents milieux.
Un exemple typique du phénomène de réfraction peut être observé lorsqu'un objet (par exemple, un crayon ou un stylo à bille) est partiellement inséré dans un verre d'eau.
Le principe de Huygens a fourni une explication convaincante de la réfraction. Les points du front d'onde situés à la frontière entre les deux milieux agissent comme de nouvelles sources de propagation de la lumière et donc la direction de propagation change.
Diffraction
La diffraction est un phénomène physique caractéristique des ondes (il se produit dans tous les types d'ondes) qui consiste en la déviation des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle sur leur chemin ou traversent une fente.
Il faut tenir compte du fait que la diffraction ne se produit que lorsque l'onde est déformée par un obstacle dont les dimensions sont comparables à sa longueur d'onde.
La théorie de Huygens explique que lorsque la lumière tombe sur une fente, tous les points de son plan deviennent des sources secondaires d'ondes, émettant, comme déjà expliqué précédemment, de nouvelles ondes, qui dans ce cas sont appelées ondes diffractées.
Les questions sans réponse de la théorie de Huygens
Le principe de Huygens a laissé une série de questions sans réponse. Son affirmation selon laquelle chaque point d'un front d'onde était à son tour la source d'une nouvelle onde n'a pas expliqué pourquoi la lumière se propage à la fois vers l'arrière et vers l'avant.
De même, l'explication du concept d'éther n'était pas entièrement satisfaisante et était l'une des raisons pour lesquelles sa théorie n'a pas été initialement acceptée.
Récupération du modèle de vague
Ce n'est qu'au XIXe siècle que le modèle de vague a été récupéré. C'est principalement grâce aux contributions de Thomas Young qui a réussi à expliquer tous les phénomènes de la lumière en partant du principe que la lumière est une onde longitudinale.
Plus précisément, en 1801, il réalisa sa célèbre expérience de double fente. Avec cette expérience, Young a vérifié un diagramme d'interférence dans la lumière d'une source lumineuse distante lorsqu'elle se diffractait après avoir traversé deux fentes.
De la même manière, Young a également expliqué au moyen du modèle d'onde la diffusion de la lumière blanche dans les différentes couleurs de l'arc-en-ciel. Il a montré que dans chaque médium, chacune des couleurs qui composent la lumière a une fréquence et une longueur d'onde caractéristiques.
De cette manière, grâce à cette expérience, il a démontré la nature ondulatoire de la lumière.
Fait intéressant, au fil du temps, cette expérience s'est avérée essentielle pour démontrer la dualité de l'onde corpuscule de la lumière, une caractéristique fondamentale de la mécanique quantique.
Références
- Burke, John Robert (1999). Physique: la nature des choses. Mexique DF: International Thomson Editores.
- «Christiaan Huygens». Encyclopédie de la biographie mondiale. 2004. Encyclopedia.com. (14 décembre 2012).
- Tipler, Paul Allen (1994). Physique. 3e édition. Barcelone: j'ai inversé.
- Correction du principe de propagation des ondes de David AB Miller Huygens, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
- Huygens - Principe de Fresnel (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 1er avril 2018 sur en.wikipedia.org.
- Lumière (nd). Dans Wikipedia. Récupéré le 1er avril 2018 sur en.wikipedia.org.
Expérience de Young (nd). Sur Wikipedia. Récupéré le 1er avril 2018 sur es.wikipedia.org.