Principio de Huygens: Reflexión, Refracción y Difracción de las Ondas
Principio de Huygens
Huygens: cuando un movimiento ondulatorio se propaga en un medio, cada uno de los puntos del mismo se comporta de manera similar al foco, aunque en general con menor amplitud, ya que la energía se distribuye entre los diferentes puntos y por la absorción. Por tanto, cada punto alcanzado por la onda puede ser foco de un nuevo movimiento ondulatorio (dibujos: propagación de una onda plana y esférica).
Este principio se puede comprobar cuando un sistema de ondas choca con una pared en la que se ha practicado un orificio: se originará un nuevo sistema de ondas con el mismo foco (dibujo).
Enunciado del principio
Cada uno de los puntos de un frente de onda de una onda que se propaga se comporta como un foco emisor de ondas elementales o secundarias, de igual velocidad y frecuencia que la onda incidente, que se propagan en todas las direcciones.
El principio permite explicar los siguientes fenómenos:
Reflexión
Reflexión: un movimiento ondulatorio se refleja en una superficie cuando, propagándose por un medio, llega a ella y vuelve por el mismo medio. Como las ondas incidente y reflejada se propagan en el mismo medio, no hay variación en la velocidad de propagación y las dos ondas tienen las mismas características.
- Si la reflexión tiene lugar en un medio más denso, se produce cambio de fase (ejemplo: onda transmitida por una cuerda tensa al alcanzar un extremo fijo).
- Si el medio es menos denso, no se produce cambio de fase (extremo libre).
Leyes de la reflexión
- El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión «r» son iguales.
Si construimos la onda reflejada de una onda plana que avanza con frente AB e incide sobre una superficie, la reflexión se explica por el principio de Huygens, pues cada uno de los puntos de la superficie se convierte en origen de ondas secundarias. El nuevo frente A'B' dará lugar a la onda reflejada (dibujo).
Refracción
Refracción: es aquel fenómeno en el que, al llegar un movimiento ondulatorio a la superficie de separación de dos medios, atraviesa dicha superficie cambiando su dirección de propagación. La onda refractada se transmite en el segundo medio con una parte de la energía de la onda incidente.
Leyes de la refracción
- El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
- La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante, igual a la razón entre las velocidades respectivas con que se propaga la onda en ambos medios.
Al avanzar una onda plana AB, el extremo A es el primero en alcanzar la superficie de separación de ambos medios, el cual se convierte, según el principio de Huygens, en foco emisor de nuevas ondas (dibujo).
Difracción
Difracción: fenómeno en virtud del cual se produce un cambio en la dirección de propagación de una onda cuando se encuentra con obstáculos o aberturas. Es necesario que su diámetro sea igual a la longitud de onda de las ondas que se propagan.
Se explica a partir del principio de Huygens: los puntos del frente de ondas incidente, al llegar al orificio o al obstáculo, se transforman en emisores de ondas elementales. Todo sucede como si los rayos luminosos no se propagaran rectilíneamente, sino que al llegar al orificio se doblaran o quebraran en todas direcciones (dibujos).