Номер 5, страница 185 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 51. Лазер. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 5, страница 185.

5. Как используются лазеры в различных областях науки, техники и медицины?

Лазеры (оптические квантовые генераторы) — устройства, генерирующие когерентное, монохроматическое и узконаправленное электромагнитное излучение. Благодаря этим уникальным свойствам они нашли широчайшее применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

Применение лазеров в науке

• Спектроскопия: Благодаря высокой монохроматичности (излучение на одной, строго определенной длине волны), лазеры являются незаменимым инструментом в спектроскопии. Они позволяют с чрезвычайно высокой точностью изучать энергетическую структуру атомов и молекул и определять состав веществ.
• Охлаждение и пленение атомов: Лазерные лучи могут использоваться для замедления атомов до сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю. Это явление, известное как лазерное охлаждение, позволяет создавать экзотические состояния вещества, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна, и проводить фундаментальные исследования в области квантовой физики.
• Гравитационно-волновая астрономия: В гигантских лазерных интерферометрах, таких как LIGO и Virgo, лазерные лучи используются для измерения микроскопических изменений расстояния между зеркалами, вызванных прохождением гравитационных волн. Это позволило открыть новую эру в астрономии.
• Голография: Уникальное свойство когерентности лазерного излучения позволяет создавать голограммы — трехмерные изображения объектов. Голография находит применение не только в искусстве, но и в системах хранения данных и для высокоточных измерений.
• Лидары (лазерные локаторы): Лидары используются для дистанционного зондирования Земли и ее атмосферы. Посылая лазерный импульс и анализируя отраженный сигнал, ученые могут измерять расстояние, определять состав атмосферы, скорость ветра и наличие загрязняющих веществ.
• Управляемый термоядерный синтез: В исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу сверхмощные лазерные установки используются для сжатия и нагрева мишени с изотопами водорода до температур и давлений, необходимых для запуска термоядерной реакции.

Ответ: Лазеры в науке применяются для высокоточных исследований вещества (спектроскопия), создания экзотических состояний материи (лазерное охлаждение), изучения Вселенной (обнаружение гравитационных волн), создания 3D-изображений (голография), мониторинга окружающей среды (лидары) и в экспериментах по управляемому термоядерному синтезу.

Применение лазеров в технике

• Оптоволоконная связь: Лазерное излучение служит носителем информации в оптоволоконных сетях, которые являются основой современного интернета и телекоммуникаций. Это позволяет передавать огромные объемы данных на большие расстояния с высокой скоростью и минимальными потерями.
• Обработка материалов: Лазеры широко применяются в промышленности для резки, сварки, гравировки, сверления и маркировки различных материалов (металлы, пластик, керамика, дерево). Высокая концентрация энергии в лазерном луче обеспечивает точность, скорость и качество обработки.
• Хранение информации: Технологии оптической записи, такие как CD, DVD и Blu-ray, используют лазер для считывания и записи информации на диск. Лазерный луч фокусируется на поверхности диска, создавая или считывая микроскопические углубления (питы).
• Измерения и навигация: Лазерные дальномеры, нивелиры и сканеры применяются в строительстве, геодезии и картографии для точного измерения расстояний и создания трехмерных моделей объектов. В быту лазеры используются в сканерах штрих-кодов.
• Лазерные принтеры: В лазерных принтерах луч лазера используется для создания невидимого электростатического изображения на вращающемся фотобарабане, к которому затем прилипает порошок-тонер, переносимый на бумагу.
• Развлечения и световые шоу: Яркость и направленность лазерного излучения делают его идеальным для создания впечатляющих световых и лазерных шоу на концертах и мероприятиях.

Ответ: В технике лазеры являются основой оптоволоконной связи, используются для точной обработки материалов (резка, сварка), хранения информации (CD/DVD/Blu-ray), в измерительных приборах (дальномеры), в оргтехнике (принтеры) и в индустрии развлечений (лазерные шоу).

Применение лазеров в медицине

• Хирургия («лазерный скальпель»): Лазеры используются в качестве бескровного скальпеля. Излучение высокой интенсивности позволяет делать точные разрезы, одновременно коагулируя (запаивая) кровеносные сосуды, что уменьшает кровопотерю. Широко применяется в офтальмологии (коррекция зрения по методу LASIK), дерматологии, онкологии (удаление опухолей), стоматологии.
• Косметология: Лазеры нашли широкое применение в эстетической медицине для удаления волос (эпиляция), татуировок, пигментных пятен, сосудистых звездочек, а также для омоложения кожи (лазерная шлифовка).
• Диагностика: Методы, основанные на лазерном излучении, такие как оптическая когерентная томография (ОКТ), позволяют получать послойные изображения биологических тканей с микронным разрешением, что особенно важно в офтальмологии для диагностики заболеваний сетчатки.
• Терапия: Низкоинтенсивное лазерное излучение используется в физиотерапии для стимуляции регенерации тканей, ускорения заживления ран, снятия боли и воспалительных процессов. В онкологии применяется фотодинамическая терапия: пациенту вводят вещество (фотосенсибилизатор), которое накапливается в опухоли и активируется светом лазера, разрушая раковые клетки.

Ответ: В медицине лазеры применяются как хирургический инструмент («лазерный скальпель»), в косметологии (эпиляция, омоложение), для высокоточной диагностики (томография) и в терапии для лечения заболеваний и стимуляции заживления (фотодинамическая и низкоинтенсивная терапия).