El principio de análisis de ondas de Huygen le ayuda a comprender los movimientos de las ondas alrededor de los objetos. El comportamiento de las ondas a veces puede ser contrario a la intuición. Es fácil pensar en las ondas como si simplemente se movieran en línea recta, pero tenemos buena evidencia de que esto a menudo simplemente no es cierto.
Por ejemplo, si alguien grita, el sonido se propaga en todas direcciones desde esa persona. Pero si están en una cocina con una sola puerta y gritan, la ola que se dirige hacia la puerta del comedor atraviesa esa puerta, pero el resto del sonido golpea la pared.
Si el comedor tiene forma de L y alguien está en una sala de estar que está a la vuelta de una esquina y atraviesa otra puerta, igual oirán el grito. Si el sonido se moviera en línea recta desde la persona que gritó, esto sería imposible porque no habría forma de que el sonido se moviera por la esquina.
Esta pregunta fue abordada por Christiaan Huygens (1629-1695), un hombre que también fue conocido por la creación de algunos de los primeros relojes mecánicos y su trabajo en esta área tuvo una influencia en Sir Isaac Newton al desarrollar su teoría de partículas de la luz.
Definición del principio de Huygens
El principio de análisis de ondas de Huygens básicamente establece que: Cada punto de un frente de onda puede considerarse la fuente de ondas secundarias que se extienden en todas direcciones con una velocidad igual a la velocidad de propagación de las ondas.
Lo que esto significa es que cuando tienes una onda, puedes ver el «borde» de la onda como si realmente creara una serie de ondas circulares. Estas ondas se combinan en la mayoría de los casos para simplemente continuar la propagación, pero en algunos casos, hay efectos observables significativos. El frente de onda puede verse como la línea tangente a todas estas ondas circulares.
Estos resultados se pueden obtener por separado de las ecuaciones de Maxwell, aunque el principio de Huygens (que vino primero) es un modelo útil y, a menudo, es conveniente para los cálculos de fenómenos ondulatorios.
Es intrigante que el trabajo de Huygens precediera al de James Clerk Maxwell en unos dos siglos y, sin embargo, parecía anticiparlo, sin la sólida base teórica que proporcionaba Maxwell. La ley de Ampere y la ley de Faraday predicen que cada punto de una onda electromagnética actúa como una fuente de onda continua, lo que está perfectamente en línea con el análisis de Huygens.
Principio y difracción de Huygens
Cuando la luz atraviesa una abertura (una abertura dentro de una barrera), cada punto de la onda de luz dentro de la abertura puede verse como creando una onda circular que se propaga hacia afuera desde la abertura.
La apertura, por lo tanto, se trata como si creara una nueva fuente de onda, que se propaga en forma de un frente de onda circular. El centro del frente de onda tiene mayor intensidad, con un desvanecimiento de intensidad a medida que se acercan los bordes. Explica la difracción observada y por qué la luz a través de una apertura no crea una imagen perfecta de la apertura en una pantalla. Los bordes «se extienden» según este principio.
Un ejemplo de este principio en funcionamiento es común en la vida cotidiana. Si alguien está en otra habitación y llama hacia usted, el sonido parece provenir de la puerta (a menos que tenga paredes muy delgadas).
Principio de Huygens y Reflexión / Refracción
Las leyes de la reflexión y la refracción pueden derivarse del principio de Huygens. Los puntos a lo largo del frente de onda se tratan como fuentes a lo largo de la superficie del medio refractivo, en cuyo punto la onda general se dobla en función del nuevo medio.
El efecto tanto de la reflexión como de la refracción es cambiar la dirección de las ondas independientes que son emitidas por las fuentes puntuales. Los resultados de los cálculos rigurosos son idénticos a los que se obtienen de la óptica geométrica de Newton (como la ley de refracción de Snell), que se derivó de un principio de partícula de luz, aunque el método de Newton es menos elegante en su explicación de la difracción.
