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:

▪ Тепло из ниоткуда

▪ Только для ушей собаки

▪ Мини-микроскоп

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Клавиатура и мышь - лучшие индикаторы стресса 21.04.2023 Ученые из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETHZ) провели новое масштабное исследование, результаты которого свидетельствуют, что то, как именно мы взаимодействуем с клавиатурой и мышью, может многое рассказать об уровне нашего стресса. Причем исследователи считают, что этот метод даже эффективнее отслеживания частоты сердечных сокращений. На первом этапе ученые провели исследование, в котором приняли участие 90 человек. Их попросили выполнять простые офисные задачи - планировать встречи, записывать данные и проводить анализ данных. Участников также разделили на две группы - одни работали беспрепятственно, в то время как другие отвлекали сообщениями в чате или просили прерываться на совещания. В ходе исследования ученые также наблюдали за поведением реципиентов - записывали их взаимодействие с мышью и клавиатурой, отслеживали частоту сердечных сокращений, а также спрашивали, насколько они напряжены. Позже ученые использовали полученные данные и машинное обучение для разработки новой модели определения уровня стресса на работе, основанной на том, как люди печатают и взаимодействуют с мышью. По словам автора исследования и математика Мара Негелина, они с коллегами обнаружили, что то, как мы печатаем и двигаем мышью, на самом деле может стать эффективным индикатором уровня стресса на работе, даже лучше, чем частота сердечных сокращений. Результаты исследования свидетельствуют, что люди, страдающие хроническим стрессом, как правило чаще и менее точно двигают указателем мыши; покрывают указателем мыши большие расстояния на экране; чаще допускаются ошибки при наборе текста; пишут отрывками со множеством коротких пауз. При этом более спокойные люди также делают паузы в наборе текста, однако их гораздо меньше, а сами паузы в наборе текста продолжительнее и вдумчивее. По словам соавторки исследования, психологи Жасмин Керр, эту связь между уровнем стресса, клавиатурой и мышью можно объяснить с помощью так называемой теории нейромоторного шума. Дело в том, что высокий уровень стресса оказывает негативное влияние на способность нашего мозга обрабатывать информацию, а также на наши моторные навыки. В настоящее время исследователи считают, что каждый третий работник в Швейцарии страдает от стресса на рабочем месте, поэтому необходимо разработать эффективные способы выявления повышенного стресса. Ученые отмечают, что обычно усталый человек не может понять, что его ресурсы, как физические, так и умственные истощаются, пока не станет поздно.

Другие интересные новости:

▪ Робот-хирург

▪ Микросхема LSM6DSO32 для MEMS-датчиков движения

▪ Световые чернила

▪ Мобильники с 3-мегапиксельными камерами появятся уже в этом году

▪ Туманный душ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья Учебный самолет-биплан По-2. Советы моделисту

▪ статья При каких условиях возникает перевернутая радуга? Подробный ответ

▪ статья Перец стручковый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Основные этапы строительства малых гидроэлектростанций. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматическое зарядное устройство аккумуляторов 7Д-0,1. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026