Princípio de Huygens – O que é? Ondas, Dimensões e Exemplos
O Princípio de Huygens afirma que cada ponto de uma frente de onda se comporta como uma nova fonte de ondas elementares e progressivas. A linha ou a superfície que tangencia todas as ondas elementares produzidas correspondem à frente de onda em um instante posterior.
Assim como Newton formulou os princípios da Mecânica, coube a Christian Huygens sistematizar as leis de propagação da ondulatória.
Na Física Moderna, a Mecânica das Partículas e a Mecânica Ondulatória estão sempre presentes. Alguns fenômenos só são entendidos e explicados pela ondulatória; outros, exclusivamente pela Mecânica das Partículas; e há ainda outros, comumente vistos em Física Nuclear, em que tanto a Mecânica como a ondulatória contribuem para o seu entendimento.
Ondas periódicas e dimensões da onda
Chama-se pulso a onda que corresponde a uma perturbação simples.
Uma sucessão de pulsos iguais produz uma onda periódica.
Nas propagações unidimensionais, as ondas se deslocam sobre uma linha (as ondas em uma corda, por exemplo).
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens.png)
Nas propagações bidimensionais, as ondas são produzidas em uma superfície, como as ondas nas superfícies de líquidos.
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens2.png)
Nas propagações tridimensionais, as ondas se propagam em todas as direções, por exemplo a propagação do som no ar.
Frente da onda
Em meios bi ou tridimensionais, as perturbações oriundas de uma fonte se propagam em todas as direções.
Para entender o princípio de Huygens, devemos inicialmente compreender o que significa frente da onda.
Suponha que você tirasse uma fotografia das ondulações que se espalham em um lago. Se você marcasse o local das cristas nas fotos, sua imagem seria parecida com a figura abaixo:
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens3.png)
As linhas que localizam as cristas são chamadas de frentes de onda e estão espaçadas precisamente em um comprimento de onda (λ).
O diagrama acima mostra apenas um único instante de tempo, mas você pode imaginar um filme no qual visse as frentes de onda se movendo para longe da fonte com velocidade v (como mostra as setas em azul). Uma onda como essa é denominada onda bidimensional.
Ou seja, uma frente de onda corresponde a uma linha ou a uma superfície, formada por pontos da onda em um determinado instante que estejam em concordância de fase e que separem a região perturbada da região não perturbada pela propagação ondulatória.
Lembrando que:
- Elongação:valor algébrico da ordenada (valor de y do ponto) oscilante da corda;
- Dois pontos estão em concordância de fase quando têm o mesmo sentido de movimento. Ou seja, esses pontos apresentam a mesma elongação e se movem no mesmo sentido.
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens4.png)
No exemplo acima, os pontos em concordância de fase são: A e D, C e B, E e F.
No caso de uma fonte puntiforme, emitindo num meio bidimensional, as linhas de onda são circunferências concêntricas, tendo por centro a fonte emissora. Tais ondas são ditas ondas circulares.
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens5.png)
Caso a fonte puntiforme emita num meio tridimensional, as superfícies de onda serão esferas concêntricas, sendo a fonte o centro comum. Tais ondas são denominadas ondas esféricas.
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens6.png)
Embora as frentes de onda sejam círculos, você dificilmente notaria a curvatura se observasse uma pequena secção da frente da onda a uma distância muito grande da fonte. As frentes de onda pareceriam linhas paralelas, espaçadas por um comprimento de onda que se propaga com velocidade v.
Um bom exemplo é o de uma onda oceânica a centenas ou milhares de quilômetros da costa. Quando as ondas à praia onde você está se bronzeando, as cristas parecem linhas retas.
Princípio de Huygens-Fresnel
Este princípio diz que cada ponto de um meio atingido por uma perturbação periódica torna-se, por sua vez, uma nova fonte de perturbação periódica. O princípio pode ser enunciado da seguinte maneira:
“Se uma perturbação periódica se propaga num meio qualquer, e se S é a frente de onda da perturbação, correspondente a um instante t qualquer, cada ponto de S torna-se um foco emissor secundário de ondas elementares, independentes entre si e de frequências iguais à da fonte. A nova frequência de onda S’ correspondente ao instante t + Δt é a envolvente de todas as frentes de ondas elementares emitidas pelos pontos de S e desenvolvidas durante o intervalo de tempo Δt”.
Quando observamos a uma distância grande da fonte, como dito anteriormente, temos:
![Princípio de Huygens](https://www.gestaoeducacional.com.br/wp-content/uploads/2019/11/Principio-de-Huygens9.png)
Portanto, teremos ondas circulares no caso de um meio bidimensional e ondas esféricas no caso de um meio tridimensional.
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