Holografia Creative Commons, Attribution alone (BY)
Verified
Authors: Warsaw University of Technology
Physics
This content is provided in languages:

W ramach tej lekcji student poznaje podstawowe pojęcia, parametry i zjawiska związane z falą świetlną (dyfrakcja, interferencja), holografią, hologramem i fizycznymi podstawami jego działania. Omawiane są również praktyczne zastosowania tych zjawisk fizycznych, np. wyświetlacz Head-Up, hologramy bezpieczeństwa, holograficzne przyrządy celownicze, holograficzna interferometria, hologram akustyczny, pamięć holograficzna a nawet holograficzny lakier do paznokci. Scenariusz zawiera praktyczne ćwiczenia, które ilustrują i pomagają zrozumieć omawiane tematy i ich zastosowania w technice i nauce.
Knowledge acquisition gain
  Podstawy holografii oraz jej zastosowania

Workforce in Physics

In the EU, around 540,000 students are enrolled in physics, astronomy, chemistry, and earth science courses. Jobs for physicists, other scientists and engineers grew by 7% in the past five years. Jobs for technicians in the field grew by 2%. Overall, they account for 7% of all jobs in the EU. As of 2016, around 15 million European science and engineering workers are employed. They work in a variety of sectors directly related to physics, including aerospace and defence, energy, engineering, manufacturing, oil and gas, science and telecommunications. Others work in sectors such as IT and consultancy, financial services, legal, transport and utilities. In the next years, jobs for engineers and researchers will increase by 13%, and jobs for science and engineering technicians will increase by 2%.

Dyskusja z uczniami na tematy dotyczące np. czasu reakcji podczas jazdy samochodem w zależności od panujących warunków (kręta droga, nocna jazda, szybka jazda). Przedstawienie HUD jako rozwiązania problemów związanych np. z koniecznością zmiany kierunku lub skupienia wzroku podczas jazdy. W życiu dziewczyn holografia może znaleźć „zastosowanie” np. w „lakierach holograficznych” do paznokci.

Learning by hands-on experience + learning by experimentation + inquiry-based learning

Ugięcie światła na szczelinie/parasolce/CD/DVD. Wytłumaczenie pojęć dyfrakcja/interferencja/prążki interferencyjne. Przejście od przeszkody pojedynczej do periodycznej - siatka dyfrakcyjna. Pokazanie powiększenia zdjęcia i hologramu pod mikroskopem. Wytłumaczenie różnic pomiędzy nimi. Użycie wskaźnika laserowego z końcówką holograficzną – uproszczona wersja np. HUD w samolotach/samochodach. Eksperymenty wykonywane będą przez uczniów (przy współpracy z nauczycielem).

Dyskusja na temat hologramu syntetycznego, który był podstawą do wytworzenia np. HUD (symulatory lotów, symulator Formuły 1), hologramów zabezpieczających oraz celowników holograficznych. Planowana jest też dyskusja z młodzieżą dotycząca ich dotychczasowych życiowych doświadczeń z holografią.

Hologramy to siatki dyfrakcyjne. Dzięki hologramom syntetycznym możemy być pewni autentyczności np. naszych dokumentów tożsamości. Zastosowanie wyświetlacz przeziernych (HUD) prezentujących informacje na specjalnej szybie bez zasłaniania widoku zapewnia nam większy komfort podczas jazdy samochodem.

Rozwój nowoczesnych technik holograficznych nie zależy od płci naukowca. Zachętą dla dziewczyn do uczestnictwa w zajęciach może być np. wykorzystanie „holografii” w lakierach do paznokci. Lekcje mogą być prowadzone przez Nauczycielkę. Wskazany jest dobór grup o podobnej liczbie dziewczyn i chłopców.

Przedstawienie podstawowej idei na której opiera się hologram może odbyć się praktycznie w każdej szkole – nie jest wymagane użycie w tym celu drogiego sprzętu. Wystarczy wskaźnik laserowy, płyta CD/DVD, szczelina (dwie żyletki), parasolka. Dodatkowo użyta będzie gotowa siatka dyfrakcyjna oraz PepperGram Projector.

Pojawienie się fotografii umożliwiło otrzymanie nieruchomych obrazów 2D. Kolejnym krokiem była chęć otrzymania fotografii 3D. Z pomocą przyszła holografia. Stosując uproszczenie, możemy powiedzieć, że hologramy są w pewnym sensie zdjęciami 3D. Zjawisko dyfrakcji możemy porównać do tłumu, który naciska na drzwi wejściowe w oczekiwaniu na otwarcie nowopowstałego supermarketu. W chwili otwarcia drzwi osoby będące pośrodku wbiegną do środka na wprost. Osoby, które zaczepią o futrynę – zostaną ugięci. Taka jest podstawa zjawiska dyfrakcji. Uczniowie mogą wykonać prezentację/film ukazujący ciekawe (według nich) zastosowania holografii w ich życiu. Możliwa jest także burza mózgów mająca na celu zaproponowanie nowego, potencjalnego zastosowania holografii.

Podział uczniów na kilka grup. Każda z grup będzie miała za zadanie wykonać prosty eksperyment pt. „Płyta CD/DVD jako odbiciowa siatka dyfrakcyjna”. Wyznaczenie odległości między ścieżkami zapisu na płycie CD/DVD. Z przeprowadzonego doświadczenia uczniowie będą musieli przygotować sprawozdanie zawierające dokładny opis jego przebiegu oraz analizę otrzymanych wyników. Sprawozdanie pozwoli na ewentualne odtworzenie doświadczenia oraz porównanie wyników (między grupami). Dzielenie się wynikami badań i uczciwość (w tym przyznawanie się do błędów) są podstawą RRI. W przypadku posiadania PepperGram Projector, każdy z uczniów będzie mógł na swoim smartfonie zaobserwować trójwymiarowy obraz. Można pokazać ten element jako przykład czegoś, co ludzie mylą z holografią.

Gwarancję sukcesu wykonania eksperymentu pokazującego zjawisko dyfrakcji otrzymamy w sytuacji gdy szczelina będzie odpowiednio mała. W przypadku wykorzystania parasolki tkanina musi być odpowiednio gęsta. Można też zaprezentować eksperyment z różnymi rozmiarami szczelin. Podczas eksperymentu z płytą CD/DVD, ważne jest, żeby na ekranie zaobserwować więcej niż jedną plamkę.