Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Optyka
    1. 1 Natura światła
      1. Wstęp
      2. 1.1 Rozchodzenie się światła
      3. 1.2 Prawo odbicia
      4. 1.3 Załamanie
      5. 1.4 Całkowite wewnętrzne odbicie
      6. 1.5 Rozszczepienie
      7. 1.6 Zasada Huygensa
      8. 1.7 Polaryzacja
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Optyka geometryczna i tworzenie obrazu
      1. Wstęp
      2. 2.1 Obrazy tworzone przez zwierciadła płaskie
      3. 2.2 Zwierciadła sferyczne
      4. 2.3 Obrazy tworzone przez załamanie promieni światła
      5. 2.4 Cienkie soczewki
      6. 2.5 Oko
      7. 2.6 Aparat fotograficzny
      8. 2.7 Proste przyrządy powiększające
      9. 2.8 Mikroskopy i teleskopy
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 3 Interferencja
      1. Wstęp
      2. 3.1 Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami
      3. 3.2 Matematyczny opis interferencji
      4. 3.3 Interferencja na wielu szczelinach
      5. 3.4 Interferencja w cienkich warstwach
      6. 3.5 Interferometr Michelsona
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Dyfrakcja
      1. Wstęp
      2. 4.1 Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie
      3. 4.2 Natężenie światła w dyfrakcji na pojedynczej szczelinie
      4. 4.3 Dyfrakcja na podwójnej szczelinie
      5. 4.4 Siatki dyfrakcyjne
      6. 4.5 Otwory kołowe i rozdzielczość
      7. 4.6 Dyfrakcja rentgenowska
      8. 4.7 Holografia
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Fizyka współczesna
    1. 5 Teoria względności
      1. Wstęp
      2. 5.1 Niezmienność praw fizyki
      3. 5.2 Względność jednoczesności zdarzeń
      4. 5.3 Dylatacja czasu
      5. 5.4 Skrócenie długości w szczególnej teorii względności
      6. 5.5 Transformacja Lorentza
      7. 5.6 Względność prędkości w szczególnej teorii względności
      8. 5.7 Relatywistyczny efekt Dopplera
      9. 5.8 Pęd relatywistyczny
      10. 5.9 Energia relatywistyczna
      11. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Fotony i fale materii
      1. Wstęp
      2. 6.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
      3. 6.2 Efekt fotoelektryczny
      4. 6.3 Efekt Comptona
      5. 6.4 Model atomu wodoru Bohra
      6. 6.5 Fale de Broglie’a
      7. 6.6 Dualizm korpuskularno-falowy
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 7 Mechanika kwantowa
      1. Wstęp
      2. 7.1 Funkcje falowe
      3. 7.2 Zasada nieoznaczoności Heisenberga
      4. 7.3 Równanie Schrӧdingera
      5. 7.4 Cząstka kwantowa w pudełku
      6. 7.5 Kwantowy oscylator harmoniczny
      7. 7.6 Tunelowanie cząstek przez bariery potencjału
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Budowa atomu
      1. Wstęp
      2. 8.1 Atom wodoru
      3. 8.2 Orbitalny magnetyczny moment dipolowy elektronu
      4. 8.3 Spin elektronu
      5. 8.4 Zakaz Pauliego i układ okresowy pierwiastków
      6. 8.5 Widma atomowe i promieniowanie rentgenowskie
      7. 8.6 Lasery
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    5. 9 Fizyka materii skondensowanej
      1. Wstęp
      2. 9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych
      3. 9.2 Widma cząsteczkowe
      4. 9.3 Wiązania w ciałach stałych
      5. 9.4 Model elektronów swobodnych w metalach
      6. 9.5 Teoria pasmowa ciał stałych
      7. 9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie
      8. 9.7 Przyrządy półprzewodnikowe
      9. 9.8 Nadprzewodnictwo
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Fizyka jądrowa
      1. Wstęp
      2. 10.1 Własności jądra atomowego
      3. 10.2 Energia wiązania jądra
      4. 10.3 Rozpad promieniotwórczy
      5. 10.4 Procesy rozpadu
      6. 10.5 Rozszczepienie jądra atomowego
      7. 10.6 Fuzja jądrowa
      8. 10.7 Skutki biologiczne i zastosowania medyczne promieniowania jądrowego
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia
      1. Wstęp
      2. 11.1 Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
      3. 11.2 Zasady zachowania w fizyce cząstek elementarnych
      4. 11.3 Kwarki
      5. 11.4 Akceleratory i detektory cząstek
      6. 11.5 Model standardowy
      7. 11.6 Wielki Wybuch
      8. 11.7 Ewolucja wczesnego Wszechświata
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Cel dydaktyczny

W tym podrozdziale nauczysz się:
  • opisywać, jak trójwymiarowy obraz jest zapisywany w postaci hologramu;
  • opisywać, jak trójwymiarowy obraz jest odtwarzany z hologramu.

Hologram, taki jak ten z Ilustracji 4.27, jest prawdziwym trójwymiarowym obrazem zarejestrowanym na kliszy (płytce światłoczułej) przy pomocy laserów. Hologramy wykorzystuje się do zabawy, do dekoracji na upominkach i okładkach magazynów, w zabezpieczeniach na kartach kredytowych i prawach jazdy (przy czym aby je odtworzyć, potrzebne są laserowe lub podobne im urządzenia) oraz do przechowywania ważnych informacji w postaci trójwymiarowej. Można się przekonać, że hologram jest prawdziwym trójwymiarowym obrazem, ponieważ obiekty na nim widoczne zmieniają swoją względną pozycję przy oglądaniu obrazu z różnych stron.

Zdjęcie hologramu na karcie kredytowej. Ma on kształt ptaka z wielokolorowymi refleksami.
Ilustracja 4.27 Karty kredytowe powszechnie mają logo na hologramie, dzięki czemu są trudne do podrobienia. Źródło: Dominic Alves

Nazwa hologram oznacza „cały obraz” (z gr. holo, tak jak w słowie „holistyczny”), co ma związek z trójwymiarowością obrazu. Holografia (ang. holography) to proces wytwarzania hologramów i chociaż mogą one być zapisane na kliszy fotograficznej, proces ten różni się od zwykłej fotografii. Holografia wykorzystuje interferencję lub, ogólniej, zjawiska optyki falowej, podczas gdy normalna fotografia bazuje na optyce geometrycznej. Ilustracja 4.28 przedstawia jeden ze sposobów wytwarzania hologramu. Wiązka spójnego światła laserowego jest rozdzielona na dwie części. Część wiązki światła, którą nazywa się wiązką odniesienia, po odbiciu od zwierciadła pada na kliszę, a druga część trafia tam dopiero po odbiciu od przedmiotu. Światło rozproszone na obiekcie nakłada się na wiązkę odniesienia, ulegając interferencji konstruktywnej i destruktywnej. W rezultacie naświetlony film wygląda na zamglony, ale po dokładnym przyjrzeniu się mu znajdujemy na nim skomplikowany wzór interferencyjny. Jeżeli w danym punkcie interferencja była konstruktywna, to w tym miejscu folia (będąca negatywem) jest zaciemniona. Holografia jest czasem nazywana bezsoczewkową fotografią, ponieważ wykorzystuje właściwości falowe światła w przeciwieństwie do normalnej fotografii, która opiera się na optyce geometrycznej i wymaga soczewek.

Lustro umieszczone na górze rysunku jest zwrócone w lewo a płytka światłoczuła na dole rysunku jest zwrócone w prawo. Dinozaur opisany jako obiekt znajduje się poniżej lustra. Równoległe promienie opisane jako fala odniesienia biegną z lewej strony. Niektóre padają na lustro i są odbijane, padając na płytkę. Niektóre padają na obiekt i są odbijane padając na płytkę. Te są opisane jako fala odbita od przedmiotu.
Ilustracja 4.28 Produkcja hologramu. Wiązka spójnego światła z lasera tworzy dobrze określony obraz interferencyjny na kawałku folii. Wiązka laserowa jest podzielona przez częściowo posrebrzane lustro na część światła padającego na obiekt i pozostałą część trafiającą bezpośrednio na płytkę światłoczułą. Źródło: modyfikacja pracy Mariany Ruiz Villarreal

Ze światła padającego na hologram można otrzymać trójwymiarowy obraz oryginalnego przedmiotu. Proces ten jest skomplikowany w szczegółach, ale jego podstawy można zrozumieć na podstawie Ilustracji 4.29, na którym laser tego typu, który był użyty do rejestracji hologramu na płytce światłoczułej, jest teraz wykorzystany do jej oświetlenia. Niektóre naświetlone obszary płytki są ciemne i blokują przejście światła przez płytkę, podczas gdy inne pozwalają na jego przejście. Płytka światłoczuła działa więc podobnie jak zbiór siatek dyfrakcyjnych o różnych odległościach między szczelinami. Światło przechodzące przez hologram jest uginane w różnych kierunkach, tworząc zarówno rzeczywisty, jak i pozorny obraz przedmiotu zapisanego na płytce. Obraz interferencyjny jest taki sam jak wytworzony przez sam przedmiot. Oglądając różne fragmenty obrazu interferencyjnego, otrzymujemy różne perspektywy, tak jak przy patrzeniu bezpośrednio na przedmiot. W ten sposób obraz rzeczywiście sprawia wrażenie trójwymiarowego przedmiotu.

W centrum rysunku znajduje ekran podpisany jako hologram, rekonstrukcja. Promienie podpisane jako fala odniesienia przechodzą przez ekran z lewa na prawo. Dinozaur po prawej stronie jest opisany jako obraz rzeczywisty. Dinozaur spogląda na lewo. Padają na niego promienie odbite od ekranu. Dinozaur będący obrazem pozornym znajduje się po lewej stronie rysunku. Promienie wychodzące od niego przechodzą przez ekran i wpadają do oka obserwatora.
Ilustracja 4.29 Hologram transmisyjny to taki, który daje prawdziwe i wirtualne obrazy, gdy wiązka lasera tego samego rodzaju jak ten, którym zarejestrowano hologram, przechodzi przez niego. Dyfrakcja z różnych części hologramu wytwarza ten sam obraz interferencyjny, który został wytworzony przez oryginalny przedmiot podczas jego wytworzenia. Źródło: modyfikacja pracy Mariany Ruiz Villarreal

Hologram pokazany na Ilustracji 4.29 jest hologramem transmisyjnym. Istnieją również hologramy oglądane w świetle odbitym, takie jak hologramy na światło białe na kartach kredytowych, będące najbardziej powszechnymi hologramami odbiciowymi (refleksyjnymi). W hologramach tych często pojawiają się nieco rozmyte tęczowe brzegi, ponieważ obrazy dyfrakcyjne o różnych barwach światła mają nieco inne położenie ze względu na różne długości fal. Inne zastosowania holografii obejmują wszystkie rodzaje trójwymiarowego magazynowania informacji, w postaci holograficznych obrazów posągów w muzeach, konstrukcji do badań inżynierskich oraz obrazów narządów ludzkich.

Holografia wynaleziona pod koniec 1940 roku przez Dennisa Gabora (1900–1970), który otrzymał za to w 1971 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, rozwinęła się wraz z rozwojem techniki laserowej. Ponieważ lasery wytwarzają spójną monochromatyczną wiązkę światła, ich obrazy interferencyjne są bardzo wyraźne. Precyzja jest tak wielka, że możliwe jest nawet nagranie wielu hologramów na jednym kawałku folii poprzez zmianę jego kąta ustawienia dla każdego kolejnego obrazu. Hologramy, które w ten sposób rejestrują poszczególne elementy ruchu (np. spaceru), stają się rodzajem trójwymiarowego bezsoczewkowego filmu.

W podobny sposób w dziedzinie medycyny hologramy pozwoliły stworzyć ze zbioru pojedynczych obrazów (zdjęć) całkowicie trójwymiarową, holograficzną ekspozycję obiektu. Przy pomocy endoskopu mogą być wykonywane wysokiej rozdzielczości trójwymiarowe, holograficzne obrazy narządów wewnętrznych i tkanek. Ponadto stosunkowo proste jest przechowywanie tych obrazów w celu ich wykorzystania w przyszłości.

Cytowanie i udostępnianie

Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania sztucznej inteligencji ani do przetwarzania przez systemy sztucznej inteligencji bez zgody OpenStax lub OpenStax Poland.

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
Cytowanie

© 21 wrz 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.