Принцип Гюйгенса. Дифракція хвиль

Для розв’язку різних задач, пов’язаних з поширенням хвиль в просторі, важливо мати метод побудови хвильового фронту хвилі в певний момент часу, якщо відомий фронт хвилі в попередній момент. Такий метод був запропонований Гюйгенсом у 1690 р. без строгого доведення, а його справедливість показана пізніше, виходячи з загальної теорії пружності.

В основі принципу Гюйгенса покладено те, що кожну точку середовища, до якої надійшов хвильовий фронт, можна розглядати як вторинний центр коливань – джерело сферичних хвиль. Хвилі, джерелами яких є ці вторинні центри, називаються вторинними. Якщо джерела вторинних хвиль знаходяться на хвильовій поверхні , яка побудована для певного моменту часу , то зовнішня огинальна сферичних хвильових поверхонь, побудованих з цих точок – центрів вторинних хвиль для моменту , дасть хвильову поверхню для моменту . На рис.10.4 наведено приклад побудови хвильових поверхонь для плоских та сферичних хвиль.

Принцип Гюйгенса був доповнений Френелем тим, що вторинні хвилі з одного хвильового фронту є когерентними. Результат їх накладання (інтерференції) буде помітний лише на зовнішній огинальній їхніх хвильових поверхонь, а в інших місцях вони взаємно знищуються. Якщо ж хвильова поверхня, на якій знаходяться джерела вторинних хвиль, обмежена якою-небудь перешкодою, що затримує частину хвилі, то в певних точках середовища вторинні хвилі можуть не компенсуватися при накладанні. Цим зумовлена здатність хвиль огинати перешкоди, тобто заходити в область А геометричної тіні (рис.10.5). Таке явище називається дифракцією. Зокрема, її можна спостерігати на поверхні води, якщо на шляху хвиль знаходиться перешкода.