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:

▪ Солнце красное взойдет

▪ На пороге далеких миров

▪ Молния на столе

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Мозг распознает знакомую мелодию всего за 100 миллисекунд 04.11.2019 Уже через 100-300 миллисекунд после прослушивания короткого фрагмента знакомой песни зрачки расширяются, а в области мозга, связанной с памятью, увеличивается нейронная активность. Исследователи из Университетского колледжа Лондона выяснили, насколько быстро мозг реагирует на знакомую мелодию. В их эксперименте поучаствовали 22 человека. 10 из них накануне исследования отправили ученым по пять знакомых песен. Для каждой из знакомых песен исследователи подобрали похожую - по темпу, мелодии, гармонии, вокалу и инструментовке. В ходе эксперимента 10 участникам проигрывали 100 фрагментов (каждый менее секунды) знакомой, похожей на знакомую и незнакомой песни, представленных в случайном порядке. Еще 12 испытуемых слушали только незнакомые фрагменты, действуя как контрольная группа. В ходе эксперимента ученые следили за тем, как испытуемые реагируют на мелодии. Для регистрации процессов, происходящих в мозге, исследователи использовали электроэнцефалографию (ЭЭГ) - метод, позволяющий измерить электрическую активность в разных областях мозга. Кроме того, ученые наблюдали за изменениями диаметра зрачка участников. Уже через 100-300 миллисекунд после прослушивания короткого фрагмента знакомой песни зрачки участников расширялись, а в области мозга, связанной с памятью, увеличивалась нейронная активность. В контрольной группе, которая прослушивала незнакомые мелодии, таких реакций на музыку выявлено не было. Узнав о том, как мозг обрабатывает знакомые раздражители, исследователи надеются пролить больше света на процессы, проходящие с мозгом в состоянии деменции. Как считают исследователи, люди с этим нейродегенеративным заболеванием, кажется, помнят музыку, несмотря на то, что другие части их памяти не функционируют.

Другие интересные новости:

▪ HLG-320H-C - 320 Вт LED драйвер со стабилизацией тока

▪ Конфеты, восстанавливающие зубную эмаль

▪ Противоспутниковое оружие

▪ Прибор следит за здоровьем пилота

▪ 3-портовое зарядное устройство HTC 65W GaN

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Проклятые вопросы. Крылатое выражение

▪ статья Как воду делают питьевой? Подробный ответ

▪ статья Спатифиллум. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Штыревая антенна с гамма-согласующим устройством. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УМЗЧ для переносной магнитолы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025