- •Концепции современного естествознания
- •Оглавление
- •1. Естествознание в мировой культуре
- •1.1. Естествознание, как единая наука о природе
- •1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культура, их взаимодействие
- •1.3. Естественнонаучная картина мира
- •2. Структурные уровни организации материи и типы материальных систем
- •3. Концепции современной физики в макромире
- •3.1. Новые технологии и прогресс цивилизации
- •3.2. Механическое движение
- •3.3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •3.3.1. Классическая механика и границы ее применения
- •3.3.2. Законы динамики
- •3.3.3. Виды взаимодействия и их учет
- •3.4. Динамика вращательного движения твердого тела
- •3.5. Элементы механики жидкостей
- •3.6. Колебательные и волновые процессы
- •3.6.1. Колебания
- •3.6.2. Свободные, запухающие и вынужденные колебания
- •3.6.3. Автоколебания
- •3.6.4. Волновое движение
- •3.6.5. Звук
- •3.7. Молекулярная физика и термодинамика
- •3.7.1. Основные характеристики и законы молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •3.7.2. Основные понятия и законы термодинамики
- •3.7.3. Реальные газы
- •3.7.4. Некоторые свойства жидкостей
- •3.7.4.1. Диффузия в жидкости
- •3.7.4.2. Осмотическое давление
- •3.7.4.3. Поверхностное натяжение, капиллярность и испарение
- •3.8. Электрические и магнитные явления
- •3.8.1. Электрические заряд и поле
- •3.8.2. Постоянный электрический ток
- •3.8.3. Сопротивление однородного проводника. Сверхпроводимость
- •3.8.4. Высокотемпературная сверхпроводимость
- •3.8.5. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея
- •3.8.6. Газовые разряды. Плазма
- •3.8.7. Магнитное поле
- •3.8.8. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд
- •3.8.9. Электромагнитная индукция
- •3.8.10. Электромагнитные волны и их свойства
- •3.9. Оптические процессы
- •3.9.1.Фотометрические понятия и единицы
- •3.9.2. Основы геометрической оптики
- •3.9.3. Волоконная оптика
- •3.9.4. Интерференция света
- •3.9.5. Дифракция и рассеивание света
- •3.9.6. Поляризация света
- •4. Микромир: концепции современной физики
- •4.1. Тепловое излучение
- •4.1.1. Некоторые примеры использования законов теплового излучения
- •4.2. Фотоэлектрический эффект
- •4.3. Давление света
- •4.4. Модели атома
- •4.5. Основы квантовой механики. Уравнение Шредингера
- •4.6. Принцип неразличимости одинаковых частиц. Принцип Паули. Распределение электронов в многоэлектронных атомах
- •4.7. Поглощение света
- •4.8. Вынужденное излучение
- •4.8.1. Лазерная технология
- •4.9. Понятие о зонной теории твердых тел
- •4.10. Основные характеристики и состав ядра атома
- •4.11. Реакции деления и синтеза атомных ядер
- •4.12. Понятие и типы взаимодействий элементарных частиц
- •5. Мегамир - современные концепции
- •5.1. Современные космологические модели Вселенной и Галактики
- •5.2. Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля
- •Библиографический список
- •Алфавитно-предметный указатель
- •Часть I
- •644099, Омск, ул. Красногвардейская, 9
3.9.2. Основы геометрической оптики
Уже в первые периоды оптических исследований были на опыте установлены четыре основных закона оптических явлений:
1)прямолинейного распространения света; 2) независимого воздействия световых пучков; 3) отражение света от зеркальной поверхности; 4) преломление света на границе двух прозрачных сред. На основе этих законов была создана математическая теория геометрических свойств распространения света, получившая название геометрической оптики. Эта теория позволила объяснить образование изображений в оптических приборах и разрабатывать конструкции этих приборов, то есть стала фундаментальной основой оптического приборостроения. Вскоре обнаружилось, что эти законы являются приближенными и для точного расчета следует учитывать волновые свойства света. В настоящее время установлено, что свет одновременно обладает корпускулярным и волновым свойствами взаимно дополняющими друг друга и в этом проявляется диалектическое единство противоположностей.
3.9.3. Волоконная оптика
С 30-х годов XX столетия стеклянные волокна световоды) начали использовать для передачи оптических изображений в лабораторных условиях. Принцип работы этих устройств основывается на законе полного внутреннего отражения распространяющегося светового луча. В 50-х годах в Англии и Голландии был создан гибкий эндоскоп - волоконно-оптическое устройство, позволяющее рассматривать внутренние органы человека, которое и сегодня успешно применяется в медицине. Фактически именно с этого времени началось широкое коммерческое использование световодных систем, примерно тогда же в 1956 год)' появился и термин «волоконная оптика». Вначале оптические волокна рассматривались только как световоды, позволяющие проникать в недоступные для прямого обзора места, например, внутрь человеческого тела или, скажем, испытываемого реактивного двигателя. Потери света в первых волокнах были велики. Ситуация резко изменилась в начале 60-х годов, когда был изобретен лазер. Необычайно высокая несущая частота лазерного излучения позволяла передавать информацию в очень широкой полосе частот, и следовательно, скорость передачи данных могла стать намного больше, чем в обычной электросвязи. Теоретически один лазерный луч может нести несколько тысяч телевизионных каналов или, скажем, около сотни тысяч телефонных разговоров. Подобные оценки сразу же
привели радиофизиков в возбужденное состояние. Однако вскоре выяснилось, что, например, туман или дождь легко могут прервать лазерный пучок при его прохождении через атмосферу, то есть установить надежную связь нельзя. И вот в 1968 году, пытаясь найти оптимальную среду для прохождения лазерных лучей, английский исследователь Чарльз Као предложил в качестве передающей линии оптическое волокно со сравнительно низкими потерями света в них. Дальнейшие исследования привели к уменьшению потерь света в волокнах (кварцевых нитях высокой чистоты) и позволили приступить к практическому использованию волоконно-оптических линий связи в телекоммуникационных системах.
В качестве излучателей для волоконно-оптической связи используются: лазеры и светодиоды, а приемниками оптического излучения являются: фотодиоды, лавинные диоды, фототранзисторы.