Teoria das Ondas da Luz Huygens

Oteoria ondulatória da luz de Huygens definiu a luz como uma onda, semelhante às ondas sonoras ou mecânicas que ocorrem na água. Por outro lado, Newton afirmou que a luz era formada por partículas materiais às quais denominava corpúsculos.

A luz sempre despertou o interesse e a curiosidade do ser humano. Desta forma, desde a sua criação, um dos problemas fundamentais da física tem sido desvelar os mistérios da luz.

Por estas razões, ao longo da história da ciência, tem havido diferentes teorias que pretendem explicar sua verdadeira natureza.

No entanto, não foi até o final do século 17 e início do século 18, com as teorias de Isaac Newton e Christiaan Huygens, que as bases para um profundo conhecimento da luz começaram a ser estabelecidas.

Princípios da teoria ondulatória da luz de Huygens

Em 1678, Christiaan Huygens formulou sua teoria ondulatória da luz, que mais tarde, em 1690, publicou em sua obra Tratado de luz.

O físico holandês propôs que a luz fosse emitida em todas as direções como um conjunto de ondas que se movia através de um meio que ele chamava de éter. Como as ondas não são afetadas pela gravidade, presume-se que a velocidade das ondas foi reduzida quando elas entraram em um meio mais denso.

Seu modelo mostrou-se particularmente útil para explicar a lei de reflexão e refração de Snell-Descartes. Ele também explicou satisfatoriamente o fenômeno da difração.

Sua teoria foi baseada fundamentalmente em dois conceitos:

a) As fontes de luz emitem ondas esféricas, semelhantes às ondas que ocorrem na superfície da água. Desta forma, os raios de luz são definidos por linhas cuja direção é perpendicular à superfície da onda.

b) Cada ponto de uma onda é, por sua vez, um novo centro emissor de ondas secundárias, emitidas com a mesma frequência e velocidade que caracterizaram as ondas primárias. O infinito das ondas secundárias não é percebido, de modo que a onda resultante dessas ondas secundárias é seu envelope.

No entanto, a teoria das ondas de Huygens não foi aceita pelos cientistas de seu tempo, exceto por algumas exceções, como as de Robert Hooke.

O enorme prestígio de Newton e o grande sucesso que atingiu sua mecânica junto com os problemas para entender o conceito do éter, fizeram que a maioria dos cientistas contemporâneos optasse pela teoria corpuscular do físico inglês.

Reflexão

A reflexão é um fenômeno óptico que ocorre quando uma onda atinge obliquamente uma superfície de separação entre dois meios e sofre uma mudança de direção, retornando ao primeiro meio juntamente com parte da energia do movimento.

As leis da reflexão são as seguintes:

Primeira lei

O raio refletido, o incidente e o normal (ou perpendicular), estão localizados no mesmo plano.

Segunda lei

O valor do ângulo de incidência é exatamente o mesmo que o do ângulo de reflexão.

O princípio da Huygens permite demonstrar as leis da reflexão. Verifica-se que quando uma onda atinge a separação da mídia, cada ponto se torna uma nova fonte emissora emitindo ondas secundárias. A frente de onda refletida é o envelope das ondas secundárias. O ângulo dessa frente de onda secundária refletida é exatamente o mesmo que o ângulo de incidência.

Refração

No entanto, a refração é o fenômeno que ocorre quando uma onda atinge obliquamente uma lacuna entre dois meios, que têm um índice de refração diferente.

Quando isso acontece, a onda penetra e é transmitida pelo segundo meio junto com parte da energia do movimento. A refração acontece como consequência da diferente velocidade com que as ondas se propagam nos diferentes meios.

Um exemplo típico do fenômeno de refração pode ser observado quando um objeto é parcialmente inserido (por exemplo, uma caneta ou uma caneta) em um copo de água.

O princípio Huygens forneceu uma explicação convincente da refração. Os pontos na frente de onda localizados no limite entre os dois meios atuam como novas fontes de propagação de luz e, portanto, a direção da propagação muda.

Difração

A difração é um fenômeno físico característico das ondas (ocorre em todos os tipos de ondas) que consiste no desvio das ondas quando elas encontram um obstáculo em seu caminho ou passam por uma fenda.

Deve-se ter em mente que a difração ocorre apenas quando a onda é distorcida por um obstáculo cujas dimensões são comparáveis ​​ao seu comprimento de onda.

A teoria de Huygens explica que quando a luz cai sobre uma fenda todos os pontos de seu plano se convertem em fontes secundárias de ondas emitindo, como já explicado anteriormente, novas ondas que neste caso recebem o nome de ondas difratadas.

As perguntas não respondidas da teoria de Huygens

O princípio de Huygens deixou uma série de perguntas sem resposta.Sua alegação de que cada ponto de uma frente de onda era, por sua vez, uma fonte de uma nova onda, não explicou por que a luz se propaga para frente e para trás.

Igualmente, a explicação do conceito de éter não foi inteiramente satisfatória e foi uma das razões pelas quais sua teoria inicialmente não foi aceita.

Recuperação do modelo de onda

Não foi até o século 19, quando o modelo de onda foi recuperado. Foi principalmente graças às contribuições de Thomas Young, que conseguiu explicar todos os fenômenos da luz na base de que a luz é uma onda longitudinal.

Em particular, em 1801 ele fez seu famoso experimento de dupla fenda. Com esse experimento, Young testou um padrão de interferência na luz de uma fonte de luz distante quando difratou depois de passar por duas fendas.

Da mesma forma, Young também explicou, através do modelo de onda, a dispersão da luz branca nas diferentes cores do arco-íris. Ele mostrou que em cada meio cada uma das cores que compõem a luz tem uma freqüência e um comprimento de onda característicos.

Desta forma, graças a esta experiência, ele demonstrou a natureza ondulatória da luz.

Curiosamente, com o passar do tempo, esse experimento provou ser fundamental para demonstrar a dualidade da onda de luz do corpúsculo, uma característica fundamental da mecânica quântica.

Referências

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