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Principio de Huygens
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La propagación de un frente de ondas puede ser determinado considerando que esta compuesto de múltiples fuentes puntuales que irradian radicalmente. Superponiendo estas distintas señales es posible construir un nuevo frente de ondas mostrando como se propaga la onda.
De esta forma se pueden explicar tanto la propagación de ondas planas en un medio, como la interacción con otros medios para el caso de reflexión como refracción.
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Christiaan Huygens
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Christiaan Huygens nació en 1629 en La Haya Holanda y vivió hasta los 66 años falleciendo en 1695. Trabajo en astronomía, física y matemática. Explicó la naturaleza de los anillos de Saturno, descubrió Titán, inventó el reloj de péndulo moderno, explicó la naturaleza ondulatoria de la luz, perfeccionó el telescopio, hizo aportes importantes en teoría de la probabilidad y estableció las leyes del choque entre cuerpos elásticos.
Christiaan Huygens (1629-1695)
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El problema de la onda y de la rendija
Descripción
Si se observa una onda plana (=luz pareja sobre todo el frente) llegar a una pared con una rendija se observa un comportamiento curioso: la luz que pasa por la rendija comienza a ser irradiada en forma radial.
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Principio de Huygens: el frente de onda como una linea de fuentes
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Huygens propone modelar el frente de la onda como un arreglo de fuentes que irradian radialmente:
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Principio de Huygens: formación de un nuevo frente
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La suma de las contribuciones de todas las fuentes forman un nuevo frente:
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Principio de Huygens: frente avanza
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La suma de las contribuciones de todas las fuentes forman un nuevo frente que en este caso es esférico conservando la forma del frente original:
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Principio de Huygens: caso de irradiación esférica
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La onda que pasa por la rendija propaga al otro lado de la pared en forma esférica. En el inicio el principio de Huygens describe justamente esta forma de irradiancia. La pregunta es si en la nueva expansión se puede continuar aplicando el principio de Huygens.
Para mostrar que también se puede aplicar el principio en el proceso de la expansión esférica. Para ello se tiene que pensar en un arreglo de fuentes sobre el frente esferico y considerar la irradiación desde estos puntos:
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Principio de Huygens: formación de un frente esférico
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Las nuevas emisiones esféricas van generando un nuevo frente que nuevamente es esférico:
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Principio de Huygens: el frente esférico avanza
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Las nuevas emisiones esféricas van generando un nuevo frente que nuevamente es esférico:
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Otro problema: una apertura
Descripción
Otro problema es como se comporta la luz en una apertura que se puede ver como una rendija mas ancha. El comportamiento es claramente en los bordes esféricos y en el centro una onda plana que continua:
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Principio de Huygens: fuentes en una apertura y su irradiación
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Si se dibuja una linea de fuentes a la salida de la apertura se puede observar que tiene dos tipos de comportamiento:
• un borde en que se irradia para los lados
• una parte central en que se comporta como una onda plana
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Principio de Huygens: el frente para una apertura
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Las ondas radiales generadas generan un nuevo frente de onda que tiene una parte central que se comporta como una onda plana mientras que en los bordes se observa una componente que se emite radialmente.
La luz irradiada en la parte radial es lo que forma la llamada penumbra que es una zona de sombra que presenta una luz tenue.
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Video: Principio de Huygens