호이겐스에 대한 정보

크리스티안 호이겐스(Christiaan Huygens, 1629년 4월 14일 - 1695년 7월 8일)는 네덜란드의 물리학자, 천문학자, 수학자였습니다. 그는 갈릴레오와 뉴턴 사이에 있었으며 물리학의 중요한 선구자 중 한 명이었습니다. 그는 역학 발전과 광학 연구에 탁월한 공헌을 하였으며, 수학과 천문학에서도 뛰어난 업적을 남겼습니다. 그는 구심력의 법칙을 확립하고 운동량 보존의 원리를 제안했으며 타이머를 개선했습니다.

그는 1629년 4월 14일 헤이그에서 태어났다. 그의 아버지는 목사이자 시인이었으며 R. 데카르트 및 기타 학계 유명 인사들과 긴밀한 접촉을 가졌습니다. 호이겐스는 어릴 때부터 똑똑했고, 13세 때 선반을 만들어 막강한 손재주를 보였다. 1645년부터 1647년까지 그는 라이덴 대학교에서 법학과 수학을 공부했고, 1647년부터 1649년까지는 추가 연구를 위해 브레다 대학으로 옮겼습니다. 아르키메데스 등, 데카르트 등의 작품에 직접적인 영향을 받아 그는 역학, 광파, 천문학 및 수학 연구에 전념했습니다. 과학실천과 이론연구를 결합해 문제를 철저하게 해결하는 능력이 뛰어나 진자시계 발명, 천문기구 설계, 탄성체 충돌, 빛의 파동이론 등에서 뛰어난 업적을 남겼다. 1663년에 그는 영국왕립학회의 첫 번째 외국인 회원으로 임명되었습니다. 1666년에 새로 설립된 프랑스 왕립과학원은 그를 학자로 선출했습니다. 호이겐스는 허약하고 병약했으며 과학에 전념했으며 결혼하지 않았습니다. 1695년 7월 8일 헤이그에서 사망.

[이 단락 편집] 업적

요약

호이겐스는 부유하고 편안한 가정과 사회적 환경에 있었으며 종교적 박해에 흔들리지 않았습니다. 그들의 재능을 더 자유롭게. 그는 과학적 실천과 이론 연구를 결합하는 데 능숙했으며 특정 중요한 문제를 철저히 해결했으며 이론과 실험을 결합한 작업 방법과 명확한 물리적 아이디어를 형성했으며 68종의 과학 논문과 서적을 사람들에게 남겼습니다. 22권으로 이루어져 있으며, 충돌, 진자, 원심력, 빛의 파동이론, 광학기기 등 다방면에 공헌을 했다.

수학

호이겐스는 처음에는 수학 문제 연구에 집중했습니다. 호이겐스는 이미 22세에 원주 계산에 관한 논문을 발표했습니다. , 타원형 호 및 쌍곡선이 작동합니다. 그는 현선(그는 현선이 사이클로이드와 포물선의 차이임을 발견함), 궤적, 대수 나선 등과 같은 다양한 평면 곡선을 연구했으며 확률 이론 및 미적분학에서도 몇 가지 성과를 거두었습니다.

1657년에 출판된 『도박 계산에 대하여』는 확률론(확률론의 창시자)에 관한 과학 논문으로, 그의 수학적인 소양을 보여준다. 1651년부터 그는 원, 이차 곡선, 복소 곡선, 전차선, 확률 문제 등에 관한 몇 가지 논문을 발표했습니다. 또한 그는 부유체와 다양한 모양의 물체의 무게 중심을 찾는 것과 같은 문제를 연구했습니다.

광학

호이겐스의 원리는 현대 광학의 중요한 기본 이론이다. 그러나 빛의 회절 현상의 존재를 예측할 수는 있지만 이러한 현상을 설명할 수는 없습니다. 즉, 광파의 전파 방향을 결정할 수는 있지만 다른 방향으로 전파되는 진동의 진폭을 결정할 수는 없습니다. 따라서 호이겐스의 원리는 인간이 광학 현상을 대략적으로 이해하는 것입니다. 프레넬은 이후에야 호이겐스의 광학 이론을 발전시키고 보완하여 회절 현상을 더 잘 설명하고 빛의 파동 이론 전체를 완성할 수 있는 '호이겐스-프레넬 원리'를 창안했습니다.

호이겐스는 1678년 파리과학원에 보낸 편지와 1690년 출간된 저서 『빛에 대하여』에서 자신의 광파원리, 즉 호이겐스의 원리를 자세히 설명했다. 호이겐스의 원리는 모든 종류의 파동에 대해 파동원에서 방출된 웨이블릿의 파동 표면의 모든 지점이 웨이블릿의 파동원으로 사용될 수 있으며, 각 웨이블릿 소스 파동 표면을 둘러싸는 표면이 다음 새로운 파동이 된다는 것입니다. 파도 표면.

그는 각 발광 입자가 인접한 확산 매질("에테르") 입자에 펄스를 전달하고 각 여기 입자가 구형 잔물결의 중심이 된다고 믿었습니다. 그는 탄성 충돌 이론에서 출발하여 이러한 입자 그룹이 앞으로 나아가지는 않지만 동시에 모든 방향으로 이동하는 펄스를 퍼뜨릴 수 있다고 믿었습니다. 따라서 광선은 서로 영향을 주지 않고 교차합니다. 기본적으로 그는 반사, 굴절 및 기타 현상을 설명하기 위해 다이어그램을 사용했습니다. "빛의 이론"에서 가장 흥미로운 부분은 구와 타원체를 사용하여 일반 빛으로 인해 발생하는 이상한 현상을 설명하는 모델입니다. 그리고 책에는 수십 개의 복잡한 기하학적 도형이 등장해 그의 수학적 능력을 보여주기에 충분하다.

또한 호이겐스는 파리에서 근무하면서 광학 연구에 전념했다. 1678년에 그는 프랑스 과학 아카데미에서 열린 연설에서 뉴턴의 빛 입자 이론에 공개적으로 반대했습니다. 빛이 입자라면 교차할 때 충돌로 인해 방향이 바뀔 것이라고 그는 말했습니다. 하지만 당시 사람들은 이 현상을 발견하지 못했고, 입자이론을 이용해 굴절 현상을 설명하면 현실과 모순되는 결과가 나올 수밖에 없었다. 따라서 호이겐스는 1690년에 출판된 그의 저서 『빛에 관하여』에서 빛의 파동이론을 정식으로 제안하고, 그 유명한 호이겐스의 원리를 확립하였다. 이 원리를 바탕으로 그는 빛의 반사와 굴절의 법칙을 추론하고, 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 빛의 속도가 감소하는 이유를 성공적으로 설명했으며, 얼음대륙의 돌에 빛이 들어가는 복굴절 현상도 설명했다. 이는 빙산 분자 입자의 타원형 모양 때문입니다.

천문학

호이겐스는 천문학에 큰 공헌을 했습니다. 그가 설계하고 제조한 광학 및 천문 장비는 렌즈 연마, 망원경 개선(토성의 고리를 발견하는 데 사용 등) 및 현미경(튜브가 없는, 장초점 거리, 무색), 별이 빛나는 하늘을 표시하는 '행성 기계'(현재 천문 박물관의 원형) 등

광학기기 개발과 개선에 많은 에너지를 쏟았다. 호이겐스가 아직 네덜란드에 있는 동안 그와 그의 형제는 전례 없는 정밀도로 망원경 렌즈를 성공적으로 설계하고 연마하여 케플러 망원경을 개선했습니다. 호이겐스는 자신이 개발한 망원경을 사용하여 수많은 천문 관측을 수행했습니다. 그래서 그의 보상은 오래된 천문학적 미스터리를 해결하는 것이었습니다. 갈릴레오는 한때 망원경으로 토성을 관찰하여 "토성에는 귀가 있다"는 사실을 발견했습니다. 나중에 그는 토성의 "귀"가 사라진 것을 발견했습니다. 갈릴레오 이후의 과학자들도 이 문제를 연구했지만 아직 핵심에 도달하지 못했습니다. "토성 이상한 현상"은 천문학에서 미스터리가 되었습니다. 호이겐스는 개량된 망원경으로 행성을 겨냥했을 때 토성 옆에 얇고 평평한 고리를 발견했는데, 그 고리는 지구 공전 궤도면에 매우 기울어져 있었습니다. 갈릴레오가 발견한 "토성의 귀"는 토성의 고리가 때때로 선형으로 보이기 때문에 사라졌습니다. 이후 호이겐스는 토성의 달인 타이탄을 발견했고, 화성의 극모인 오리온 성운 등도 관찰했다.

진자 연구 및 응용

진자 연구는 호이겐스가 완성한 가장 뛰어난 물리학 작품입니다.

1668~1669년에 그는 왕립학회에서 충돌 문제에 관한 에세이상을 수상한 사람 중 한 명이었습니다. 그는 완전 탄성 충돌(당시에는 "중심 충돌"이라고 함) 문제를 자세히 연구했습니다. 사후 종합은 5개의 가설과 13개의 명제를 포함하여 "신체의 충돌과 운동에 관하여"(1703)에 출판되었습니다. 그는 운동량의 방향성을 고려하지 않은 데카르트의 실수를 바로잡았고, 처음으로 전후의 완전 탄성 충돌 보존을 제안했습니다. 그는 또한 해안과 배 위에서 두 사람의 손에 있는 작은 공의 충돌을 연구하고 충돌 현상 연구에 상대성 원리를 적용했습니다.

호이겐스는 진자와 그 이론을 실무적으로나 이론적으로 연구했습니다. 1656년에 그는 이전의 중력 기어 시계를 대체하기 위해 처음으로 시계에 진자를 도입했습니다. "진자 시계"(1658) 및 "진자 시계 또는 시계에 사용되는 진자의 운동에 대한 기하학적 증명"(1673)에서 그는 단진자의 유명한 주기 공식인 T = 2P(l/g)를 제안했습니다. ^0.5 P가 pi인 경우 l은 진자의 길이, g는 중력 가속도입니다. 복소진자와 그 진동중심을 찾는 방법을 연구한다. 인벌류트와 인벌류트 연구를 통해 등시선과 사이클로이드를 찾아보세요. 3선 진자, 원뿔 진자, 가역 진자 및 사이클로이드 클립이 연구되었습니다. 그림 2-2-7은 호이겐스 해양시계의 외관과 내부 구조를 보여줍니다. 구조에는 진자, 사이클로이드 부목, 폴 등이 포함됩니다. 0.5초마다 구동 망치로 잠금이 해제됩니다.

참고: 단진자의 운동을 연구하기 위해 고급 수학을 사용하면 이 공식은 대략적인 공식이며, 이에 의해 계산된 주기와 정확한 값의 차이는 편각이 증가합니다. 경사각이 5°일 때 둘의 차이는 0.01, 경사각이 7°일 때 차이는 0.1, 경사각이 15°일 때 차이는 0.5, 경사각이 23°일 때 , 차이는 1입니다.

호이겐스는 진자의 무게 중심 문제를 연구하면서 물체계의 무게 중심을 발견했고, 나중에 오일러가 관성 모멘트라고 불렀던 것을 피드백의 물리학으로 소개하기도 했습니다. 장치 - "피드백" 오늘날 생각은 더욱 중요합니다. 해양 시계 및 시계용 밸런스 스프링을 설계하여 시계 크기를 크게 줄였습니다. 또한 중력가속도의 정확한 값을 찾기 위해 진자를 사용하였고, 두 번째 진자의 길이를 자연길이의 기준으로 삼을 것을 제안하였다.

호이겐스는 또한 원심력 정리를 제안했으며, 물체계가 회전할 때 원운동, 진자, 원심력, 회전할 때 진흙 공과 지구가 편평해지는 현상 등도 연구했습니다. 이 연구는 나중에 만유인력의 법칙을 확립하는 데 기여했습니다. 그는 흥미롭고 유익한 원심력 문제를 많이 제기했습니다.

수세기 동안 시간 측정은 항상 인류가 직면한 어려운 문제였습니다. 당시 해시계나 모래시계 같은 시간 측정 장치는 원칙적으로 정확성을 유지할 수 없었습니다. 갈릴레오가 진자의 등시성을 발견하고 호이겐스가 진자를 시계에 적용한 후에야 인류는 새로운 타이밍 시대에 들어섰습니다.

당시 호이겐스는 천체 관찰에 관심이 집중되어 실험을 하면서 정확한 타이밍의 중요성을 깊이 깨닫고 정밀 타이머 연구에 전념했다. 당시 갈릴레오는 진자의 운동이 완만한 경사면에서 물체가 미끄러지는 운동과 유사하며 운동 상태는 위치와 관련이 있다는 것을 증명했습니다. 호이겐스는 진자 진동의 등시성을 확인하고 이를 시계에 사용하여 세계 최초의 크로노그래프 진자 시계를 만들었습니다. 이 진자시계는 다양한 크기와 모양의 톱니바퀴로 구성되어 있으며, 진자 하나의 진자처럼 무거운 무게를 사용하므로, 시간을 더욱 정확하게 확인할 수 있습니다. 호이겐스는 후속 저서 『진자 시계에 관하여』에서 진자 차임 시계를 만드는 과정을 자세히 소개했으며, 진자의 진동 과정과 특성을 분석하고 처음으로 '스윙 센터'라는 개념을 소개했습니다. 그는 어떤 형태의 물체가 중력의 작용에 따라 수평축을 중심으로 흔들릴 때 그 질량은 서스펜션 지점과 무게 중심을 연결하는 선상의 특정 지점에 집중된 것으로 간주하여 단순화할 수 있음을 지적했습니다. 진자의 운동을 연구하기 위해 복잡한 모양을 단순한 모양으로 바꿉니다.

호이겐스는 『진자에 대하여』에서도 소위 '원심력'에 대한 기본 명제를 제시했다. 그는 원운동을 하는 물체는 중심에서 멀어지려는 경향이 있으며, 중심에 가하는 원심력은 속도의 2승에 비례하고 운동반경에 반비례한다고 제안했습니다. 이것은 또한 관련된 갈릴리 진자 이론의 확장이기도 하다.

진자시계를 개발하면서 호이겐스는 진자의 운동을 더욱 연구해 두 번째 진자(주기가 2초인 진자)를 만들고 진자의 운동 공식을 도출했다.

그는 진자의 정확한 길이를 3.0565피트로 계산하여 중력 가속도를 9.8m/s2로 계산했습니다. 이 값은 현재 우리가 사용하는 값과 완전히 일치합니다.

나중에 호이겐스와 후크는 각각 나선형 스프링 와이어의 진동 등시성을 발견했으며, 이는 현대적인 헤어스프링 회중시계와 시계의 발명을 위한 조건을 만들었습니다.

역학

역학 연구에서 호이겐스는 갈릴레오가 만든 기초를 출발점으로 삼았습니다. 충돌 문제는 "진자 시계에 관하여"라는 책에서도 논의됩니다. 1669년경 호이겐스는 이미 충돌 문제를 해결하기 위한 법칙, 즉 에너지 보존의 선구자가 된 "활력" 보존 원리를 제안했습니다. 호이겐스는 갈릴레오의 진자진동 이론을 계승해 이를 바탕으로 추가 연구를 진행했다. 그는 역학 분야에 기하학을 도입했고, 기계적인 문제를 놀라운 방식으로 다루었고, 이는 사람들에게 충분히 인정받았습니다.

권위를 믿지 않고 감히 권위에 도전한다

호이겐스-프레넬 원리

1. 그 과정에서 파동 전파의 경우, 동일한 위상에 있는 점의 기하학적 위치를 항상 찾을 수 있습니다. 이러한 점의 궤적은 파동 표면이라고 불리는 동일한 위상 표면입니다. 호이겐스는 파동 전파 현상을 설명하기 위해 2차 파동 가설을 제안하고 호이겐스의 원리를 확립한 적이 있습니다. 호이겐스의 원리는 다음과 같이 표현될 수 있습니다. 언제든지 파동 표면의 모든 지점은 2차 파동의 소스로 사용될 수 있으며, 각각은 후속 시간에 구형 2차 파동을 방출합니다. 이 모든 하위 파동 표면의 표면은 다음과 같습니다. 그 순간에 전체 파동이 형성됩니다.

빛의 직선 전파, 반사, 굴절 등은 모두 이 방법으로 더 잘 설명될 수 있습니다. 또한, 호이겐스의 원리는 결정의 복굴절 현상도 설명할 수 있습니다. 그러나 원래 호이겐스의 원리는 상대적으로 거칠고 회절 현상을 설명할 수 없습니다. 더욱이 호이겐스의 원리는 분명히 존재하지 않는 역행파의 존재로 이어질 것입니다.

호이겐스 원리의 2차 파동 가설은 파동의 시공간 주기 특성(파장, 진폭, 위상)을 포함하지 않기 때문에 파동이 장애물 뒤에서 직선 전파를 벗어나 방향을 바꾸고 이탈하는 현상을 설명할 수 있습니다. 실제로 빛의 회절 현상은 빛과 어두운 줄무늬가 번갈아 나타나는 것처럼 훨씬 더 미묘하여 각 점의 진폭이 다르다는 것을 나타내며 호이겐스의 원리는 이에 대해 아무것도 할 수 없습니다. 따라서 회절 현상을 보다 정확하게 설명하기 위해서는 빛이 도달하는 공간 범위 내의 모든 지점의 진폭을 정량적으로 계산할 수 있어야 합니다.

2. 호이겐스 원리에 대한 프레넬의 개선

호이겐스 원리에 프레넬은 2차 파동을 기술하는 기본 특성인 위상합 진폭의 정량적 표현 원리를 추가했다. "2차 파동의 응집성 중첩"의 원리로 호이겐스-프레넬 원리로 발전합니다. 이 원리의 내용은 다음과 같이 표현됩니다.

면적 요소 dS에서 방출되는 각 파동의 진폭과 위상은 다음 네 가지 가정을 만족합니다.

(1) 파동 이론에서 , 파면은 동일한 측면입니다. 따라서 dS 표면의 각 지점에서 방출되는 2차 파동은 모두 동일한 초기 위상(0으로 설정 가능)을 갖는다고 볼 수 있습니다.

(2) P 지점에서 2차 파동에 의해 발생하는 진동의 진폭은 r에 반비례합니다. 이는 2차 파동이 구형파임을 보여주는 것과 같습니다.

(3) P에서 표면 요소 dS로부터 방출되는 2차 파동의 진폭은 dS의 면적에 비례하고 경사각 θ와 관련됩니다. 여기서 θ는 dS의 법선 N입니다. dS에서 P점까지의 연결. r선 사이의 각도, 즉 dS에서 P점에 도달할 때 방출되는 2차 파동의 진폭은 θ가 증가함에 따라 감소합니다(기울기 계수).

(4) 지점 P에서 2차 파동의 위상은 광 경로 nr에 의해 결정됩니다. 위의 가정에 기초하여, 점 P에서 면적 요소 dS에 의해 방출된 2차 파동의 결합 진동은 다음과 같이 표현될 수 있음을 알 수 있습니다.

또는

파면의 각 지점은 특정 분포를 가지며, 요소 dS에 의해 방출되어 지점 P에 도달하는 2차 파동의 진폭은 표면 요소의 진폭에 비례합니다. 분포 함수가 A(Q)이면 진동이 발생합니다. P점에서 파면에 의해 생성된 진동은

파면이 P점에서 모든 면적 요소의 효과를 합산하면 P점에서 파면 S에 의해 생성된 총 진동을 얻을 수 있습니다. /p>

또는 복잡한 형태로 쓰세요

Huygens-Fresnel을 통해 이 원리는 광선이 다양한 모양의 장애물을 통과할 때 발생하는 회절 현상을 설명하고 기술할 수 있습니다.

이 장에서는 특별한 기하학적 모양을 가진 여러 개구부와 장애물에 의해 생성된 회절 패턴의 광도 분포에 대해 논의합니다.