Бесплатная техническая библиотека

Микроскоп из капли воды. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Семиклассник Саше Путятин живет в городе ученых, подмосковной Дубне, и очень увлекается физикой. Как-то раз, перелистывая научно-популярную книжку, он наткнулся на любопытную картинку. На ней были изображены какие-то шарики, а внизу стояла подпись: "Фотография молекул, полученная с помощью электронного микроскопа". Переворошив в уме учебник физики, мальчик быстро представил себе другую, знакомую картинку: кусок проволоки и движущиеся внутри него точки со знаком "минус" - электроны. Как же с помощью этих частичек удалось получить фотографию? И Саша побежал за разъяснениями к соседу по лестничной клетке Андрею Гурьеву. Андрей учится в десятом классе и готовится поступать в университет на физический факультет. Лучшего консультанта для Саши и придумать трудно...

- Тебя интересует электронный микроскоп? - переспросил Андрей. - А знаешь ли ты, как работает обычный?

- А чего же тут сложного? - воскликнул Саша. - Берешь несколько линз, вставляешь их в трубку - вот тебе и микроскоп!

Андрей засмеялся:

- Действительно, как просто! Сразу и микроскоп, и подзорная труба! Но шутки в сторону. Как ты думаешь, из одной линзы можно сделать микроскоп?

- Ну, это я знаю. Когда одна линза, такой прибор называется лупой.

- Правильно. Но знаешь ли ты, что голландский биолог Антони ван Левенгук, первым увидевший микронаселение пруда, пользовался лупой, а этот прибор сейчас называется микроскопом Левенгука? Причем, увеличением он обладал таким же, как обычный современный микроскоп.

- Непонятно, зачем же тогда делают многолинзовые микроскопы, если достаточно иметь всего одну?

- Это очень интересный вопрос. Давай в нем разберемся...

Человеческий глаз может различить мелкую структуру, если расстояние между двумя элементами этой структуры больше 0,08 мм. Но жизнь ставит задачи, в которых надо рассматривать объекты со структурой гораздо более мелкой. Здесь и приходят на помощь оптические приборы. Увеличение, которое можно получить с помощью одной линзы, определяется как 250/f, где f - фокусное расстояние линзы, измеренное в миллиметрах. А фокусное расстояние линзы можно определить по формуле f = r/(n-1), где r - радиус кривизны поверхности линзы (для простоты будем считать, что линза имеет одинаковые радиусы кривизны для передней и задней половинок), n - показатель преломления материала, из которого изготовлена линза. Если, например, она сделана из обычного стекла, то n=1,5, и тогда фокусное расстояние линзы и радиус ее кривизны будут величинами одного порядка. Значит, чтобы получить увеличение в 100 раз, надо взять стеклянный шарик диаметром 5 мм. А чтобы изображение не искажалось, между наблюдаемым объектом и линзой придется поставить диафрагму диаметром приблизительно в 10 раз меньше диаметра шарика. Причем диафрагму нужно установить как можно ближе к линзе. Если же мы захотим построить двухлинзовую систему с таким же увеличением, то можно применить линзы более длиннофокусные...

- А как будет работать такая схема? - нетерпеливо перебил друга Саша.

- А вот как. Объект, увеличенный первой линзой (объективом), рассматривается с помощью другой линзы (окуляра) как через лупу. Суммарное увеличение такой системы есть произведение увеличения объектива на увеличение окуляра

- Вот здорово! Значит, если поставить еще и третью линзу, то суммарное увеличение опять увеличится! А если четвертую...

- Погоди, Сашок, у тебя ничего не получится уже с третьей линзой. И вот почему. Изображение, увеличенное второй линзой, находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза (расстояние наилучшего зрения, как ты знаешь, 250 мм). А для того чтобы третья линза, которую ты собираешься использовать в качестве лупы, эффективно работала, рассматриваемый объект должен находиться возле ее фокуса. Значит, фокусное расстояние третьей линзы должно быть близко к 250 мм - но ведь тогда ее увеличение будет равно 250/250=1...

То есть третья линза не будет работать. Но это не должно нас расстраивать. Ведь увеличение микроскопа все равно не может быть беспредельным. И причина этого вовсе не в сложности изготовления линз. Мы с тобой совсем забыли о волновых свойствах света. Свет, освещающий наш объект, имеет вполне определенную длину волны. Чтобы сделать увеличение микроскопа еще большим, нужно переходить на более коротковолновое излучение. Ты, конечно, знаешь, что любая материальная частица обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Электрон - одновременно и частица и волна. Это и используется в электронном микроскопе, с которого начался наш разговор. Ведь длина волны электрона много меньше длин волн видимого света. А вместо стеклянных линз в таком микроскопе стоят электромагнитные линзы. Увеличение электронных микроскопов - сотни тысяч раз. Можно увидеть даже отдельные молекулы, а в некоторых случаях - и атомы!

- Андрей, давай сделаем электронный микроскоп! - загорелся Саша.

- Нет, это нам не под силу. А вот сделать простой световой микроскоп мы можем.

- Но ведь у нас нет короткофокусных линз...

Для этого нам надо сделать маленький шарик из материала, показатель преломления которого больше, чем у воздуха. Ну, например... из воды! Для этого достаточно взять тонкий лист металла и просверлить в нем небольшое отверстие. Края его надо натереть парафином. Теперь, если капнуть на отверстие воду, то образуется небольшой шарик - ведь вода не смачивает парафин. Это и есть нужная нам линза.

- А не будет ли такой микроскоп слишком нежным и капризным? Наверное, работать на нем будет не очень-то удобно.

- Зато в походных условиях лучше его ничего не придумаешь. Подумай: ведь это всего лишь металлическая пластинка с отверстием! Если же в пластинке просверлить отверстия разного диаметра, то можно строить микроскопы с разным увеличением. А если еще в качестве окуляра использовать обычную лупу, получится двухлинзовая система.

- А нельзя ли все-таки добиться, чтобы линза была более прочной?

- Что ж, если ты настаиваешь, давай сделаем ее из более прочного материала. Например, из стекла...

- Как это из стекла? - удивился Саша. - Оно ведь хрупкое! Как же мы будем его обрабатывать?

- Стекло нам отшлифует огонь. Если тонкую стеклянную палочку потихоньку опускать в пламя горелки, то на конце палочки будет образовываться шарик, потому что на поверхности любой жидкости, и жидкого стекла в том числе, действуют силы поверхностного натяжения. Вот тебе и готовая прочная линза!.

Такой интересный разговор произошел у двух юных исследователей. Может быть, и вы, ребята, захотите воспользоваться рекомендациями Андрея Гурьева и построить себе такой походный микроскоп?

Авторы: С.Валянский, И.Надосекина

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Мускулы из воздуха

▪ Двигатель вперевалочку

▪ Сделай батарейку

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Случайная новость из Архива Боевой лазер третьего поколения 11.05.2015 Американская компания General Atomics Aeronautical Systems (GA-ASI) разработала образец боевого высокоэнергетического лазера третьего поколения. High-Energy Laser (HEL) примет участие в тендере Управления военно-морских исследований ВМС США на разработку мощного лазерного оружия для эсминцев. Система является модульной и может достигать мощности излучения в 75, 150 и 300 киловатт путем совмещения 1, 2 или 4 модулей соответственно. В состав установки входит модуль с лазерным генератором, литий-ионные аккумуляторы и система жидкостного охлаждения; накачка осуществляется с помощью электричества. Тактический боевой лазер может использоваться как универсальное оружие и базироваться на корабле, самолете или даже беспилотнике. На авиашоу в Вашингтоне уже продемонстрирован макет боевой лазерной установки в компактном корпусе. В перспективе лазер HEL может быть установлен на беспилотный летательный аппарат Avenger, реактивный двигатель которого с помощью генератора может вырабатывать электроэнергию для заряда аккумуляторов установки в ходе полета. Разработка лазера велась с 2003 года в рамках программы Hellads Агентства перспективных оборонных проектов (DARPA) Пентагона, а первые испытания установки мощностью 150 кВт состоятся летом 2015 года. В 2018 году лазер планируется испытать на корабле ВМС США.

Другие интересные новости:

▪ Моделирование структуры твердотельных аккумуляторов

▪ Вакцина от ожирения

▪ Верблюжье молоко станет лекарством

▪ Вечная краска на основе плазмонных пикселей

▪ МФУ EPSON Stylus Photo RX500

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Хвалы приманчивы, - как их не пожелать! Крылатое выражение

▪ статья Что такое хлорофилл? Подробный ответ

▪ статья Наладчик электротехнических устройств. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Мостовая схема на TDA2005. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Обратноходовой импульсный источник питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026