Естесственно научные основы инновационных технологий

Если в процессе обычной фотографии на фотопластинке фиксируется лишь распределение интенсивности волн (амплитуд всех попавших в каждую точку волн), то с помощью голографии на фотопластинке фиксируется не только амплитуда, но и фаза каждой волны света, рассеянного объектом. Для этого на фотопластинку одновременно с волной, рассеянной объектом (сигнальная волна) необходимо направить вспомогательную волну, идущую от того же источника света, например, лазера с фиксированной амплитудой и фазой (опорная волна).

Интерференционная картина (чередование темных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе сигнальной волны, т. е. об объекте. Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется голограммой.

Для того чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить той же волной, которая использовалась при ее получении. В простейшем случае — интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) голограмма представляет собой дифракционную решетку.

В результате просвечивания голограммы наблюдатель, смотрящий сквозь голограмму, видит мнимое изображение объекта в том месте, где объект находился при съемке.

Если наблюдатель смотрит на голограмму с разных сторон; он соответственно получает отраженный свет с изменением фаз, соответствующих повороту объекта.

В настоящее время разработаны методы голография, позволяющие освещать голограммы обычным светом и тем не менее получать поднос объемное изображение предметов.

Качество голографического изображения зависит от разрешающей способности фотоматериалов.

Поскольку изображение каждой точки запоминается на всей поверхности голограммы, то отрезание части голограммы не уничтожает изображения, а только ухудшает качество изображения.

Голография нашла широкое применение в технике для фиксирования самых разнообразных процессов. Импульсная голография (освещение предмета коротким импульсом) нашла применение при изучении изменений быстропротекающих процессов. Высокая разрешающая способность современных фотоматериалов позволяет применить голографию для запоминания больших массивов информации, в том числе цифровой информации, видео и звуковой информации. В перспективе возможно создание на этой основе объемного телевидения.

17.1 Представления об устройстве Вселенной. Существует точка зрения, что с самого начала протовещество, из которого впоследствии образовалась Вселенная, с гигантской скоростью начало расширяться. На начальной стадии это плотное вещество разлетелось, разбегалось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновении частиц. Остывая и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы. В них в свою очередь возникали более плотные участки – там в последствии и образовались звёзды и даже целые галактики.

Вселенная — фундаментальное понятие астрономии, строго не определяемое, включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной часто понимают часть материального мира, доступную изучению естественнонаучными методами. Вселенная в пределах космологического горизонта представляет собой самую крупную из известных науке систем. В процессе своего развития Вселенная создает определенные подсистемы, характеризующиеся различными масштабами, открытостью и неравновесностью. Одно из важнейших свойств Вселенной — она расширяется, причём ускоренно. Чем дальше расположен объект от нашей галактики, тем быстрее он от нас удаляется. Видимое вещество во Вселенной структурировано в звёздные скопления — галактики. Галактики образуют группы, которые, в свою очередь, входят в сверхскопления галактик. Космологические парадоксы — затруднения (противоречия), возникающие при распространении законов физики на Вселенную в целом или достаточно большие её области.Фотометрический парадокс состоит в том, что классическая физика затрудняется объяснить, почему ночью темно: если повсюду в бесконечном пространстве стационарной Вселенной (или хотя бы в достаточно большой её области) имеются излучающие звёзды, то в любом направлении на луче зрения должна оказаться какая-нибудь звезда и вся поверхность неба должна представляться ослепительно яркой, подобной, например, поверхности Солнца. Это противоречие с тем, что наблюдается в действительности, и называлось фотометрическим парадоксом. Гравитационный парадокс состоит в том, что закон всемирного тяготения Ньютона не даёт какого-либо разумного ответа на вопрос о гравитационном поле, создаваемом бесконечной системой масс.Закон Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик) — правило физической космологии, согласно которому красное смещение удалённых объектов пропорционально их расстоянию от наблюдателя. Таким образом, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется.На каждый миллион парсек расстояния до объекта его скорость убегания увеличивается приблизительно на 75 км/с.Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, свидетельствующее о динамическом удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть о нестационарности (расширении) Метагалактики.Образование космологического красного смещения можно представить так: рассмотрим свет — электромагнитную волну, идущую от далёкой галактики. В то время как свет летит через космос, пространство расширяется. Вместе ним расширяется и волновой пакет. Соответственно, изменяется и длина волны. Если за время полёта света пространство расширилось в два раза, то и длина волны и волновой пакет увеличивается в два раза.Интерпретация наблюдаемого красного смещения как результат эффекта Доплера (изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника) означает наличие у галактик реальных скоростей, направленных от нас, причём и чем дальше находится галактика, тем больше её скорость, приближаясь к скорости света. То есть наблюдается картина, похожая на взрыв. Такая картина означает, что позиция Солнца, нашей галактики является выделенной, что противоречит космологическому принципу, который в свою очередь подтверждается наблюдаемой изотропностью Вселенной. Таким образом, интерпретация красного смещения с помощью эффекта Доплера не может объяснить наблюдения: высокую изотропность и однородность крупномасштабной структуры Вселенной.

17.2Физические основы акустики. Эволюция стредств.

Акустика — учение о звуке, т.е. об упругих колебаниях и волнах в гагах, жидкостях и твердых телах, слышимых человеческим ухом. Частоты таких колебаний находятся в пределах 16—20000 Гц. Физической основой передачи звука является распространение малых (в Пределах модуля упругости) приращений давлений в среде.

Звук играет важнейшую роль в жизни человека. Значительная деля информации выражается через звук, со звуком связана существенная сторона духовной жизни людей — музыка, вообще искусство, поэтому средства накопления и запоминания звуковой информации играют важную роль. Звукозапись — процесс записи звуковой информации с целью ее сохранения и последующего воспроизведения. Звукозапись основана на изменении физического состояния или формы различных участков носителя записи — магнитной ленты, граммофонной пластинки, кинопленки и пр.

Ранее использовалась механическая запись звука, при которой резец или игла выдавливали или вырезали на поверхности движущегося носителя канав­ку, форма которой соответствовала форме записываемых звуковых колебаний. В процессе воспроизведения электропроигрывателем граммофонная игла, двигаясь по извилинам канавки, повторяла эти колебания и передавала их мембране или звукоснимателю, преобразовывавшего их в электрические колебания, которые затем усиливались и воспроизводились динамиком.

Появившиеся позже магнитные способы записи основаны на перемагничивании участков магнитной ленты, что выполнялось специальными магнитными головками при пропускании в них звуковых колебаний с последующим затем изменением напряженности магнитного поля, запоминавшихся носителем — магнитной лентой. Повторное перемещение магнитной ленты около считывающей магнитной головки возбуждало в ней электрические колебания, которые усиливались и воспроизводились динамиком.

В настоящее время все шире используются оптические способы записи и воспроизведения звуковой информации, основанные на записи звука с помощью лазерного луча, изменяющего рельеф звуковой дорожки, который затем считывается с помощью оптических систем. Этот способ отличается высокой плотностью информации, благодаря чему оказывается возможным в малом объеме записать весьма большой ее объем, высоким качеством записи и воспроизведения. Определенным недостатком является то, что способ требует крайне бережного отношения к носителю информации — оптическому диску, загрязнение которого выводит его из строя.

Звукозапись широко используется в радиовещании, при воспроизведении всевозможных выступлений, концертов и т. п.

18.1 Галактики и их классификация. Наша галактикаСпиральные: Эллиптические:Неправильные. Спиральные галактики очень красивы. В центре - яркое ядро (большое тесное скопление звезд). Из ядра выходят спиральные, закручивающиеся вокруг него ветви. Они состоят из молодых звезд и облаков нейтрального газа, в основном - водорода. Все ветви - а их может быть одна, две или несколько - лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения галактики. Поэтому галактика имеет вид сплющенного диска. Сейчас большинство исследователей галактик склоняются к мнению, что галактические спирали представляют собой волны повышенной плотности вещества. Они подобны волнам на поверхности воды. А те, как известно, при своем движении не переносят вещество. Галактики, именуемые эллиптическими , по внешнему виду существенно отличаются от спиральных. На фотографиях они выглядят как эллипсы с разной степенью сжатия. Среди них есть галактики, похожие на линзу, и почти шаровые звездные системы. Встречаются и гиганты, и карлики. Примерно четверть из наиболее ярких галактик относят к числу эллиптических. Для многих из них характерен красноватый цвет. Долгое время астрономы считали это одним из свидетельств того, что эллиптические галактики в основном состоят из старых (красных) звезд. Наконец обратимся к третьему (по классификации Хаббла) типу галактик - неправильным (или иррегулярным). Они отличаются хаотической, клочковатой структурой и не имеют какой-либо определенной формы. Именно такими оказались две самые близкие к нам сравнительно небольшие галактики - Магеллановы Облака. Это спутники Млечного Пути. Они видны невооруженным глазом, правда, только на небе Южного полушария Земли.Галактика Млечный Путь, называемая также просто Галактика (с заглавной буквы) — гигантская звёздная система, в которой находится Солнечная система, все видимые невооружённым глазом отдельные звёзды, а также огромное количество звёзд, сливающихся вместе и наблюдаемых в виде млечного пути.Млечный Путь — одна из многочисленных галактик Вселенной. Является спиральной галактикой с перемычкой типа SBbc по классификации ХабблаСтруктура ГалактикиДиаметр Галактики составляет около 30 тысяч парсек (порядка 100000 световых лет) при оценочной средней толщине порядка 1000 световых лет. Галактика содержит, по самой низкой оценке, порядка 200 миллиардов звёзд (современная оценка колеблется в диапазоне предположений от 200 до 400 миллиардов). Основная масса звёзд расположена в форме плоского диска. По состоянию на январь 2009, масса Галактики оценивается в 3×1012 масс Солнца, или 6×1042 кг. Большая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи.

18.2 Основные закономерности цепей постоянного тока. Закон Ома.

Электрическим токам называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости.Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током.За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении.

Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени:I=dq/dt

Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь: j=dI/dS

Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока I=q/t

Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.

Законы постоянного тока.

Закон Ома.Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R [Ом] на силу тока I, [А]:U=RI,B.                  

При последовательном соединении резисторов

R=R1+R2 при параллельном соединении:

                  1/R=1/R1 + 1/R2

Мощность, выделяемая в проводнике равна:

Вт.      P=I^2*R=U^2/R, Вт

Энергия, выделяющаяся за время Т, равна:

          W=PT=I^2*RT=(U^2*T)/R, Дж

Правило Кирхгофа первое.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: Правило Кирхгофа второе (правило контуров).

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.

            Емкость конденсатора равна:

        где 0 = 8,85 • 10-12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума,  — относительная диэлектрическая проницаемость изолятора между пластинами, S — площадь пластин, d — расстояние между ними.

19.1 Современные представления об эволюции звезд

Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар — протозвезда, эволюция которой проходит три этапа.

Первый этап эволюции связан с обособлением и уплотнением космического вещества. Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри про-тозвезды возрастает, что замедляет процесс ее сжатия, однако температура во внутренних областях пока остается недостаточной для начала термоядерной реакции. На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, а ее температура — повышаться, что приводит к началу термоядерной реакции. Давление газа, вытекающего из звезды, уравновешивается силой притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект — звезда. Такая звезда является саморегулирующейся системой. Если температура внутри не повышается, то звезда раздувается. В свою очередь, остывание звезды приводит к ее последующему сжатию и разогреванию, ядерные реакции в ней ускоряются. Таким образом, температурный баланс оказывается восстановлен. Процесс преобразования протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим масштабам.