Управление образования и науки Липецкой области Государственное областное автономное профессиональное образовательное учреждение «Липецкий металлургический колледж» УТВЕРЖДАЮ Председатель цикловой комиссии МОЕН дисциплин 13.02.11 (код и наименование специальности) Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования Е.А. Подосинникова (подпись) (Фамилия И. О.) (дата) ГОЛОГРАММА И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА И Н Д И В И Д У АЛ Ь Н Ы Й П Р О Е К Т по дисциплине/дисциплинам УП 10 Физика Руководитель индивидуального проекта Е.А. Подосинникова (подпись) (Фамилия И. О.) (дата) Студент И. М. Тимощенко (Фамилия И. О.) (подпись) (дата) 2023 г. Содержание Введение……………………………………………………………………………. 3 Основная часть……………………………………………………………………... 4 1. История и развитие голографии………………………………………………… 4 2. Как и где используют голограммы в современном мире……………………... 6 2.1. Коммуникация……………………………………………………………… 6 2.2. Медицина…………………………………………………………………… 7 2.3. Образование………………………………………………………………… 7 2.4. Развлечение……………………………………………………………..…. 7 3. Голограмма в домашних условиях……………………………………………... 8 4. Заключение………………………………………………………………………. 10 5. Список использованных источников…………………………………………... 11 2 Введение В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Актуальность темы состоит в том, что в современном, быстро развивающемся мире все чаще человеку нужно отобразить объект в трех измерениях для более легкого понимания информации, объем которой постоянно растет. Будь то авиадиспетчер, врач или антрополог – всем поможет голография. Цель работы: понять, что такое голограмма и как она применяется в жизни человека. Задачи: 1. узнать кто и как создал голограмму, и как продолжаются исследования. 2. создать собственную голограмму в домашних условиях. 3. сделать выводы на исследуемую тему. Гипотеза: голограмма — это очень сложная система, которую практически невозможно повторить в домашних условиях. Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. 3 1. История и развитие голографии. Для начала нужно понять, что такое голограмма. Голограмма – это объемное изображение, создаваемое при помощи лазеров и интерференции световых лучей. Она начала использоваться в жизни человека сравнительно недавно, но уже нашла применение во многих областях. Голограмма является трехмерной фотографией, созданной с помощью лазерного света. Она хранит информацию в форме интерференционных полос, которые дают визуальное представление о трехмерном объекте в двух измерениях. Основоположником голографии является профессор государственного колледжа в Лондоне Деннис Габор, получивший в 1947 г. первую голограмму. Открытие голографии было им сделано в ходе экспериментов по увеличению разрешающей способности электронного микроскопа. Первые голограммы были получены им при помощи ртутной лампы, из спектра излучения которой «вырезалась» очень узкая полоса частот. Диаметр пучка составлял 1–2 микрона, а время экспозиции – несколько часов. Между источником света и фотопластинкой помещался либо прозрачный объект, либо предмет небольшого размера, так что излучение источника выполняло одновременно функции и предметного, и опорного пучков. Поэтому при восстановлении голограммы возникали сразу два изображения на одной линии, которые создавали взаимные помехи при регистрации. Все это делало невозможным практическое применение голографии, и о ней надолго забыли. Названием голография Д. Габор подчеркнул, что метод позволяет зарегистрировать полную информацию об исследуемом объекте. Голография начала бурно развиваться и приобрела большое практическое значение после того, как в результате фундаментальных исследований по квантовой электронике, выполненных советскими физиками – академиками Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым – и американским ученым Чарльзом Таунсом, в 1960 г. был создан первый лазер. В том же году профессором Т. Маймамом был сконструирован импульсный лазер на рубине. Эта система (в отличие от непрерывного лазера) дает мощные и короткие, длительностью в несколько наносекунд, лазерные импульсы, позволяющие фиксировать на голограмме 4 подвижные объекты. Первый портрет человека был снят с помощью рубинового лазера в 1967 году. После появления мощного источника когерентного света – лазера интерес к голографии вспыхнул вновь. В 1962 американские оптики и радиофизики Эммет Лейт и Дж. Юрис Упатниекс усовершенствовали схему Габора, разделив предметный и опорный пучки, которые стали теперь пересекаться непосредственно перед фотопластинкой. Это позволило, во-первых, голографировать непрозрачные предметы сложной формы, а во-вторых, разнести восстановленные изображения в пространстве. Схема Лейта – Упатниекса стала основой современных голографических установок. Также их схема стала началом изобразительной голографии. Решающее значение для развития изобразительной голографии имели работы академика Ю.Н. Денисюка, выполненные в 60-70-х годах. Он создал принципиально новый способ записи голограмм в толстом слое фотографической эмульсии. Предметный и опорный пучки приходят к пластинке с разных сторон и интерферируют. В объеме ее эмульсионного слоя на разной высоте в областях максимумов интерференции возникают микроскопические пятна почернения. Падающий на проявленную голограмму свет отражается от них и, интерферируя, формирует восстановленное изображение предмета. При этом из голограммы выходят только свет, частота которого равна частоте записывающего лазерного излучения, а все остальные частоты автоматически подавляются. Объемную голограмму восстанавливают обычным белым светом, получая монохромное изображение. Практически вся современная изобразительная голография базируется на методах, предложенных Денисюком. В 1969 г. Стивен Бентон из Polaroid Research Laboratories (США) изготовил пропускающую голограмму, видимую в обычном белом свете. Голограммы, изобретенные Бентоном, были названы радужными, так как они переливаются всеми цветами радуги, из которых состоит белый свет. Открытие Бентона позволило начать массовое производство недорогих голограмм путем «штамповки» интерференционных картин на пластик. Голограммы именно такого типа применяются сегодня для защиты от подделок документов, банковских 5 карточек и т.д. Благодаря Бентону голография обрела популярность в широких слоях общества. В 1977 г. Ллойд Кросс получил мультиплексную голограмму, состоящую из множества обычных фотографий объекта, снятых с множества точек зрения, лежащих в горизонтальной плоскости. При перемещении такой голограммы в поле зрения можно увидеть все запечатленные кадры. С середины 70-х годов ведутся разработки систем голографического кинематографа. В нашей стране значительные успехи в этом направлении были достигнуты специалистами Научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ) в Москве под руководством В.Г. Комара. В настоящее время голография продолжает активно развиваться, и с каждым годом в этой области появляются новые интересные решения. Нет сомнения, что в будущем изобразительной голографии предстоит занять в жизни людей еще более значительное место. 2. Как и где используют голограммы в современном мире. Техногиганты, такие как Microsoft, Google тратят сотни миллионов долларов на разработку голограмм. И неспроста: голография может стать чрезвычайно полезным инструментом в науке, медицине, коммуникации и других областях. 2.1. Коммуникация. В научной фантастике голограммы часто используются как способ связи. До появления парящих в воздухе голограмм как в «Звездных войнах» человечеству еще далеко, но уже сделаны существенные шаги. В одной американской компании Portl производят специальную машину для «голопортации» — голографических звонков. Звонящему достаточно встать на белом фоне напротив смартфона. А для принятия звонков используется футуристичный белый короб, похожий на шкаф фокусника, или холодильник — внутри этого короба появляется проекция человека. «Голограмма звонящего» может в реальном времени общаться с собеседниками и видеть их, при помощи установленной в коробе камеры. 6 Компания Google в 2021 анонсировала видеочат Project Starline, который позволит собеседникам видеть друг друга будто на расстоянии вытянутой руки. Человек садится за стол с вертикально расположенным экраном, похожим на зеркало, в котором и отражается объемное изображение собеседника. Основное отличие технологии Google в том, что задний фон дисплея становится прозрачным, создавая эффект присутствия человека в комнате. 2.2 Медицина. В Сингапуре в 2022 году провели операцию на сердце, которая наглядно демонстрирует пользу голографических технологий в медицине. Хирурги оперировали на сердце в очках Hololens 2, а перед ними в центре комнаты парила голограмма сердца пациента, созданная из снимков его компьютерной томографии. Профессор Теодорос Кофидис, проводивший операцию, уверяет, что такая технология позволяет «эффективно прогнозировать» исход операции, особенно для пациентов с анатомическими особенностями. 2.3 Образование. Использование трехмерных технологий в образовании делает процесс обучения более интерактивным и наглядным. Например, можно рассмотреть парящую в воздухе 3D-модель Земли, чертеж здания или детально воссозданную кровеносную систему человека. Голографические очки также позволяют моделировать опасные ситуации, чтобы люди учились с ними справляться. 2.4 Развлечение. Ну и как же не использовать голограмму в сфере развлечения. Популярная японская певица Хацунэ Мику и вовсе существует только в виртуальной реальности, что не мешает ей активно гастролировать. Также российская компания SILA SVETA создает шоу на стыке искусства и высоких технологий с помощью голографических проекций и световых инсталляций для крупных артистов и коммерческих клиентов. Голограмма, помимо практических свойств, выглядит очень эффектно, поэтому часто используется для презентации 7 продуктов. Компании как SILA SVETA создает шоу на стыке искусства и высоких технологий с помощью голографических проекций и световых инсталляций для крупных артистов. 3. Голограмма в домашних условиях. Существуют голограммы, которым годится солнечный свет и даже свет от обычной лампы, висящей под потолком комнаты. Такие голограммы можно использовать в качестве иллюстраций в книгах. Допустим, вы садитесь за соответствующим образом освещенный стол, раскрываете учебник – и перед вами объемная картинка или совсем необычный объемный график. По такому учебнику заниматься значительно интереснее: объемные изображения помогают лучше разобраться в материале. Пока еще таких учебников нет, но со временем они непременно появятся. Когда мы узнали, что такое голограмма, стало интересно, возможно ли сделать простейшую голограмму в домашних условиях. Оказалось, что с помощью смартфона и нехитрой конструкции можно посмотреть видео с голограммой. В интернете я нашёл инструкцию, как из подручных средств сделать усеченную призму. Нужно запустить видео, поставить на него конструкцию и можно наблюдать подобие 3D голограммы. Вот, что потребуется для создания голограммы: 1) Коробка из-под CD-диска; 2) Острый нож; 3) Ножницы; 4) Скотч или горячий клей; 5) Карандаш; 6) Линейка; 7) Обычная бумага в клетку. 1. Для начала берем бумагу и чертим на ней трапецию со следующими пропорциями: нижнее основание - 6 см, верхнее основание - 1 см, высота - 3,5 см. 2. Вырезаем. На пластике обвести маркером 4 трапеции и вырезать их. Когда они будут готовы, полосками скотча (или же горячим клеем) скрепить 4 детали по 8 боковым сторонам. Теперь остается только загрузить в телефон специальное видео, поставить нашу фигуру на смартфон, и можно наблюдать голограмму. 9 Заключение. Таким образом, изучив литературу и источники информации по теме «Голограмма и ее применение в жизни человека» можно сделать следующие выводы: 1. Голограмма – это объемное изображение, создаваемое с помощью лазера, воспроизводящего изображение трехмерного объекта. 2. Голография была изобретена русским физиком Ю. Денисюком в 1968 году. Она является одной из интереснейших областей использования излучения лазеров. 3. Голограмму можно создать с помощью линз и источника света даже в домашних условиях. Благодаря проведенной работе я изучил технологии создания голограмм и создал свою собственную версию голограммы своими руками. Познакомился с историей создания голограмм, узнал, где используются голограммы в нашей жизни. И опроверг гипотезу о том, что голограмма — это очень сложная система, которую практически невозможно повторить в домашних условиях, создав голограмму своими руками. Таким образом, выполнив данную работу, я узнал много нового о голографии. Я убедился, что голография – одно из самых перспективных направлений развития науки на сегодняшний день, и совсем скоро голографические технологии войдут в повседневную человеческую жизнь. Вывод: голограмма – очень интересный предмет, который используется как в науке, так и в технике, но использовать его в повседневной жизни достаточно сложно, т.к. настоящую голограмму сделать не так-то просто, как минимум, потребуются лазерные лучи. 10 Список использованных источников. 1. Штанько А.Е., Иванова С.Д. Оптико-электронные измерительные системы: Курс лекций по дисциплине «Оптико-электронные измерительные системы». - М: МГТУ «СТАНКИН». 2018. 2. Б.Ф. Федоров, Л.М. Цибулькин. Голография. 2022. 3. У. Кок. Лазеры и голография. 2022. Интернет-ресурсы: 4. https://trends.rbc.ru/trends/industry/620f4a579a79475f52f7dd39 5. https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma 6. https://reobzor.ru/news/2021/01/chto-takoegologramma?ysclid=lgfeylfibp233296901 11
