ΕΙ ΙΚΟ ΘΕΜΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6ου ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΘΕΜΑ: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ

Transcript

1 ΕΙ ΙΚΟ ΘΕΜΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6ου ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΘΕΜΑ: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ ΣΠΟΥ ΑΣΤΙΚΗ ΟΜΑ Α: ΧΡΙΣΤΙΑΝΑ ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΛΥ ΙΑ ΑΛΕΝΤΖΑ ΚΥΡΙΑΚΗ ΚΟΥΤΣΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ ΠΕΡΥΣΙΝΑΚΗ ΑΝΤΡΗ ΣΙΑΛΟΥ

2 ΟΛΟΓΡΑΦΙΑ 1 Μέθοδος αναπαραγωγής µιας τρισδιάστατης εικόνας ενός αντικειµένου µέσω φωτεινών κυµάτων καταγραµµένων σε φωτογραφική πλάκα ή φιλµ. Η ολογραφία µερικές φορές ονοµάζεται φωτογραφία χωρίς φακό γιατί δεν χρησιµοποιούνται φακοί για να σχηµατίσουν το είδωλο. Η πλάκα ή το φιλµ µε τα καταγραµµένα σχέδια κυµάτων καλείται ολόγραµµα. Το φως που χρησιµοποιείται για να γίνει ένα ολόγραµµα πρέπει να είναι καθαρό, δηλαδή ενός ενιαίου µήκους κύµατος ή µιας συχνότητας και µε όλα τα κύµατα σε φάση. Πριν φτάσει στο αντικείµενο η ακτίνα είναι χωρισµένη σε δύο µέρη. Η µία, ακτίνα αναφοράς καταγράφεται άµεσα στη φωτογραφική πλάκα και η άλλη αντανακλάται από το αντικείµενο που εικονίζεται. εδοµένου ότι τα δύο µέρη της ακτίνας που φθάνει στη φωτογραφική πλάκα έχουν ταξιδέψει από διαφορετικές πορείες και εκεί που συναντιόνται δηµιουργούν κροσσούς συµβολής και καταγράφεται το αντικείµενο στη πλάκα.

3 Όταν αυτό το ολόγραµµα φωτίζεται µε καθαρό φως της ίδιας συχνότητας µε αυτή που χρησιµοποιείται για να το διαµορφώσει, µια τρισδιάστατη εικόνα του αντικειµένου παράγεται το οποίο µπορεί να φωτογραφηθεί από διάφορες γωνίες και να γίνει αντιληπτό χωρίς γυαλιά. Κάθε σηµείο του ολογράµµατος εκτίθεται στην καθορισµένη εικόνα του θέµατος, έτσι µία εικόνα του θέµατος αποθηκεύεται σε κάθε σηµείο του ολογράµµατος. Εποµένως όταν η πλάκα του ολογράµµατος µοιραστεί σε κοµµάτια, σε κάθε κοµµάτι θα είναι αποτυπωµένο σε τρισδιάστατη µορφή ολόκληρο το αντικείµενο του θέµατος, εξάλλου αυτή είναι και η σηµαντικότερη διαφορά του από τη φωτογραφία. 2

4 ΙΣΤΟΡΙΚΑ 3 Ο Dennis Gabors, ένας βρετανός επιστήµονας, το 1948 ανέπτυξε τη θεωρεία κυµάτων του φωτός και θεωρείται ο πατέρας της ολογραφίας. Εντούτοις καµία επαρκής πηγή καθαρού φωτός δεν ήταν διαθέσιµη έως ότου αναπτύχθηκε η εφεύρεση του λέιζερ στην ολογραφία. To laser εφευρέθηκε το 1958 από τον Arthur Schawlow και Charls Townes, το οποίο είχε ασκήσει τεράστια επίδραση στη σύγχρονη φυσική και τεχνολογία. Το φως λέιζερ είναι µοναδικό, γιατί είναι καθαρό στο χρόνο και στο χώρο. Εποµένως όλα τα κύµατα που εκπέµπονται από το λέιζερ είναι της ίδιας συχνότητας και σε φάση.

5 4 Η ολογραφία είναι µια τεχνολογία που µπορεί να παράγει καταπληκτικά εικόνες τριών διαστάσεων που µπορεί να τα δει κανείς σε κανονικό φως χωρίς γυαλιά. Η συγκεκριµένη τεχνολογία συνεχώς αναπτύσσεται και βρίσκει νέες εφαρµογές. Το κλασσικό αρχικό σχέδιο λέιζερ (που κατασκευάστηκε από τον Maiman το 1960 ) αποτελείτο από µια ράβδο ρουµπινίου, το οποίο περιβαλλόταν από ένα ελικοειδή σωλήνα λάµψης µε γυαλιστερό άκρο. Αυτή η ράβδος καλυπτόταν από ένα καθρέφτη και από ένα ηµιεπαργυρωµένο καθρέφτη, ο οποίος ενεργεί ως θραύστης ακτινών. Το φως που απεικονίζεται πίσω οργανώνει ένα µόνιµο κύµα µέσα στη ροδοκόκκινη ράβδο, που αυξάνει το εύρος των κυµάτων.

6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 5 Η ολογραφία έχοντας την ικανότητα να καταγράφει τα αντικείµενα σε τρισδιάστατη µορφή βρίσκει εφαρµογή σε διάφορους τοµείς της επιστήµης, στις επιχειρήσεις στη βιοµηχανία και στην εκπαίδευση. Μερικά ολογράµµατα δεν απαιτούν τα λέιζερ καθόλου. Τέτοια ολογράµµατα χρησιµοποιούνται σε πιστωτικές κάρτες, οι οποίες γίνονται χρησιµοποιώντας µια ειδική τεχνική σφράγισης επιφάνειας. Μία άλλη τεχνική είναι η ακουστική ολογραφία στην οποία το αντικείµενο ακτινοβολείται µε µια καθαρή ακτίνα και το ολόγραµµα καταγράφεται µε τη βοήθεια µικροφώνων και η φωτογραφική πλάκα µε τη βοήθεια φωτός λέιζερ για να δώσει µια ορατή τρισδιάστατη εικόνα. Η ολογραφία παρουσιάζει µια νέα τεχνική στο πλαίσιο των µετρήσεων απόστασης, η οποία προσφεύγει σε µια αναδηµιουργία κυµατοµορφής κι έτσι ένα περιορισµένο οπτικό άνοιγµα. Αυτοί οι έλεγχοι εισάγουν στους διάφορους τοµείς την τρισδιάστατη µικροσκόπηση (από µέτρα σε νανόµετρα). Μπορούν να χρησιµοποιηθούν στους οπτικούς ανιχνευτές, στις τηλεοπτικές φωτογραφικές µηχανές, colorimeters κ.τ.λ. Με τη βοήθεια αυτής της τεχνικής µπορούν να έχουν πρόσβαση σε απρόσιτες και να µετρήσουν επιφάνειες µέχρι µια γωνιά.

7 6 Ένα ολόγραµµα είναι η ακριβέστερη µορφή φωτογραφίας. Ένα υψηλής ποιότητας ολόγραµµα µπορεί να µας δώσει σε µικροσκοπικό επίπεδο λεπτοµέρειες αντικειµένων. Με αυτή τους την ιδιότητα τα ολογράµµατα χρησιµοποιούνται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, όπου τέτοιου είδους εικόνες µε τόση ακρίβεια χρειάζονται για να ανιχνεύονται τα ραγίσµατα στους τοίχους, µιας και είναι πολύ επικίνδυνο να εξεταστεί από άνθρωπο. Τα ολογράµµατα χρησιµοποιούνται στη µηχανική για να παρουσιάσουν διανοµές πίεσης στα αντικείµενα. Για τον ίδιο λόγο χρησιµοποιείται και η πόλωση. Όταν µερικές οπτικές συσκευές δε µπορούν να γίνουν συµβατικά, µπορούν να δηµιουργηθούν χρησιµοποιώντας ένα ολόγραµµα. Ένα παράδειγµα αυτής της εφαρµογής είναι η επίδειξη µαχητικών αεροσκαφών στον πιλότο. Οι ουσιαστικές πληροφορίες της πτήσης, σχετικά µε τα αεροσκάφη, προβάλλονται στον ορίζοντα. Επειδή όµως δεν υπάρχει επιφάνεια κατάλληλη για την προβολή ένα ολόγραµµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να δηµιουργήσει ένα τεράστιο φακό που προκαλεί περίθλαση µιας συγκεκριµένης συχνότητας του φωτός προς τον πιλότο. Αυτό είναι αδύνατο να επιτευχθεί µε τους συµβατικούς φακούς. Το φως προβάλλεται κάθετα στο ολόγραµµα το οποίο δίνει την προβολή στον ορίζοντα όπως φαίνεται από το πεδίο του πιλότου. (εικ.1) Εικόνα 1

8 7 Η υψηλή πυκνότητα στοιχείων, χαρακτηριστικό γνώρισµα του ολογράµµατος, του παρέχει την ικανότητα να αποθηκεύει ψηφιακά στοιχεία. Πειράµατα υπευθύνων της IBM για τη διερεύνηση του φαινοµένου αυτού, έχουν γίνει µε επιτυχία. Το ολογραφικό µέσο είναι ένα «ολογραφικό τούβλο» που επιτρέπει να καταγραφούν τα στοιχεία, όχι µόνο στην επιφάνεια, αλλά σε οποιοδήποτε σηµείο σε όλο το µέσο, που σηµαίνει πολύ υψηλότερες ικανότητες αποθήκευσης στοιχείων. Τα ολογράµµατα έχουν βρει ακόµη και τη χρήση τους στην υψηλή ενεργειακή φυσική, όπου τα ολογραφικά στοιχεία της αίθουσας φυσαλίδων κατά τη διάρκεια µιας σύγκρουσης µπορούν να παρέχουν µια αληθινά τρισδιάστατη αναδηµιουργία των γεγονότων και των πορειών σύγκρουσης. Τα πειράµατα στο enrico Fermi εθνικό εργαστήριο έχουν παρουσιάσει επιτυχία θέµατος καταγραφής στις αντιδράσεις. (εικ.2) Εικόνα 2

9 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ 8 Το λέιζερ έχει αποδειχθεί ότι είναι από τις πιο ουσιαστικές εφευρέσεις του 20ου αιώνα. Έχουν επιτρέψει στην επιστήµη και την εφαρµοσµένη µηχανική να εξελιχθούν, αλλά παρέχουν και δυνατότητες περαιτέρω εξέλιξης. Η ολογραφία έχει βρει πολλές εφαρµογές αλλά εξαιτίας των δυσκολιών που απαιτούνται στην ακρίβεια και το κόστος πρέπει να βρει ακόµα τη χρήση της στον εµπορικό κόσµο. Η επιστήµη των ολογραµµάτων θα διαδραµατίσει ένα ζωτικής σηµασίας ρόλο στον 21ο αιώνα

10 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ. Επιλέξαµε να δηµιουργήσουµε το ολόγραµµα ενός µοντέλου αυτοκινήτου Audi χρώµατος ασηµί. Τα όργανα που χρησιµοποιήσαµε είναι: µαγνητική τράπεζα πυκνωτής laser spatial filter (χωρικό φίλτρο) κάτοπτρο εµπρόσθιας επικάλειψης γυάλινη πλάκα στηρίγµατα κατόπτρου, πλάκας κτλ φωτόµετρο χρονόµετρο Στο σκίτσο που ακολουθεί φαίνεται η διάταξη των οργάνων στην τράπεζα. Η διάταξη είναι απλή, χωρίς διαχωρισµό ακτίνας και µε χρήση κατόπτρου. αντικείµενο laser πλάκα spatial filter κάτοπτρο

11 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Η ακτίνα laser ισχύος 10 mw κατευθύνεται από τον πυκνωτή µέσω του χωρικού φίλτρου, το οποίο τη διαχέει πάνω στο κάτοπτρο. Έτσι, η ακτίνα δεν προσπίπτει πάνω στο κάτοπτρο σηµειακά αλλά σαν ένα σύνολο σηµείων. Η «ανοιγµένη» πλέον ακτίνα ανακλάται πάνω στο κάτοπτρο και οδηγείται στη γυάλινη πλάκα, φωτίζοντας πίσω από αυτή το αντικείµενο. Με τη χρήση του χωρικού φίλτρου επιτυγχάνεται ο φωτισµός ολόκληρου του αντικειµένου, από µία γραµµική ακτίνα laser. Με ένα φωτόµετρο µετράµε την ένταση της φωτεινής δέσµης σε ολόκληρη την πίσω επιφάνεια της πλάκας. Τα αποτελέσµατα της µέτρησης είναι: 11µW στις άκρες και 25-26µW στο µέσο. Από τ α αποτελέσµατα αυτά, προκύπτει ότι πρέπει το αντικείµενο να φωτιστεί από τη δέσµη για 6sec. Πριν ξεκινήσει η διαδικασία, πρέπει για 2 λεπτά περίπου να επικρατήσει ηρεµία ώστε να ισορροπήσει η µαγνητική τράπεζα καιταόργαναπάνωτης. Κατά τη διάρκεια της έκθεσης του αντικειµένου στη δέσµη laser, δεν πρέπει να υπάρχει κάποια άλλη πηγή φωτός ώστε να µην απορροφηθεί άλλη ακτινοβολία από την πλάκα µε αποτέλεσµα να µαυρίσει. Συγχρόνως, πρέπει να επικρατεί απόλυτη ησυχία για να µην επηρεαστεί η καθαρότητα του αποτελέσµατος λόγω κραδασµών. Έπειτα ακολουθεί η διαδικασία εµφάνισης του ολογράµµατος, η οποία περιλαµβάνει τη βύθιση της πλάκας µε την πίσω πλευρά προς τα πάνω- διαδοχικά στα ακόλουθα διαλύµατα: Developer (για 2 min, ώστε να µαυρίσει η πλάκα) Ξέπλυµα σε απεσταγµένο νερό Λευκαντής (όσο χρόνο χρειάζεται, µέχρι να ασπρίσει εντελώς η πλάκα) Ξέπλυµα σε απεσταγµένο νερό Πλύσιµο σε τρεχούµενο νερό (για 5 min) Photo-flo (για 30 sec) Ακολουθεί στέγνωµα µε πιστολάκι, σε απόσταση 30cm και µε µέτρια θερµοκρασία. Τέλος, γίνεται ο έλεγχος επιτυχίας του πειράµατος. Με τη συγκεκριµένη διάδικασία, το ολόγραµµα είναι ορατό και σε κοινό φως.