Мікроскоп з краплі води. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

Мікроскоп з краплі води. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Семикласник Саші Путятін живе у місті вчених, підмосковній Дубні, і дуже захоплюється фізикою. Якось, перегортаючи науково-популярну книжку, він натрапив на цікаву картинку. На ній було зображено якісь кульки, а внизу стояв підпис: "Фотографія молекул, отримана за допомогою електронного мікроскопа". Перевернувши в умі підручник фізики, хлопчик швидко уявив собі іншу, знайому картинку: шматок дроту і точки, що рухаються всередині нього, зі знаком "мінус" - електрони. Як за допомогою цих частинок вдалося отримати фотографію? І Сашко побіг за роз'ясненнями до сусіда сходами Андрія Гур'єва. Андрій навчається у десятому класі та готується вступати до університету на фізичний факультет. Кращого консультанта для Сашка і придумати важко.

– Тебе цікавить електронний мікроскоп? – перепитав Андрій. - А чи знаєш ти, як працює звичайний?

- А чого тут складного? – вигукнув Сашко. - Береш кілька лінз, вставляєш їх у трубку - ось тобі й мікроскоп!

Андрій засміявся:

- Справді, як просто! Відразу й мікроскоп, і підзорна труба! Але жарти убік. Як ти гадаєш, з однієї лінзи можна зробити мікроскоп?

– Ну, це я знаю. Коли одна лінза, такий пристрій називається лупою.

- Правильно. Але чи знаєш ти, що голландський біолог Антоні ван Левенгук, який першим побачив мікронаселення ставка, користувався лупою, а цей прилад зараз називається мікроскопом Левенгука? Причому, збільшення він мав таким же, як звичайний сучасний мікроскоп.

- Незрозуміло, навіщо тоді роблять багатолінзові мікроскопи, якщо достатньо мати всього одну?

– Це дуже цікаве питання. Давай у ньому розберемося...

Людське око може розрізнити дрібну структуру, якщо відстань між двома елементами цієї структури більша за 0,08 мм. Але життя ставить завдання, в яких треба розглядати об'єкти зі структурою набагато дрібнішою. Тут і на допомогу приходять оптичні прилади. Збільшення, яке можна отримати за допомогою однієї лінзи, визначається як 250/f де f - фокусна відстань лінзи, виміряна в міліметрах. А фокусна відстань лінзи можна визначити за формулою f = r/(n-1), де r - радіус кривизни поверхні лінзи (для простоти вважатимемо, що лінза має однакові радіуси кривизни для передньої та задньої половинок), n - показник заломлення матеріалу, з якого виготовлено лінзу. Якщо, наприклад, вона зроблена зі звичайного скла, то n=1,5 і тоді фокусна відстань лінзи і радіус її кривизни будуть величинами одного порядку. Отже, щоб отримати збільшення у 100 разів, треба взяти скляну кульку діаметром 5 мм. А щоб зображення не спотворювалося, між об'єктом і лінзою, що спостерігається, доведеться поставити діафрагму діаметром приблизно в 10 разів менше діаметра кульки. Причому діафрагму потрібно встановити якомога ближче до лінзи. Якщо ж ми захочемо побудувати дволінзову систему з таким самим збільшенням, то можна застосувати лінзи більш довгофокусні.

- А як працюватиме така схема? – нетерпляче перебив друга Сашко.

- А ось як. Об'єкт, збільшений першою лінзою (об'єктивом), розглядається за допомогою іншої лінзи (окуляра) як через лупу. Сумарне збільшення такої системи є твір збільшення об'єктиву збільшення окуляра

- Ось чудово! Значить, якщо поставити ще й третю лінзу, сумарне збільшення знову збільшиться! А якщо четверту...

- Стривай, Сашко, у тебе нічого не вийде вже з третьою лінзою. І ось чому. Зображення, збільшене другою лінзою, знаходиться на відстані найкращого зору від ока (відстань найкращого зору, як ти знаєш, 250 мм). А для того щоб третя лінза, яку ти збираєшся використовувати як лупа, ефективно працювала, об'єкт, що розглядається, повинен знаходитися біля її фокусу. Значить, фокусна відстань третьої лінзи має бути близько до 250 мм - але тоді її збільшення дорівнює 250/250=1...

Тобто третя лінза не працюватиме. Але це не повинно нас засмучувати. Адже збільшення мікроскопа все одно не може бути безмежним. І причина цього зовсім не у складності виготовлення лінз. Ми з тобою зовсім забули про хвильові властивості світла. Світло, що висвітлює наш об'єкт, має певну довжину хвилі. Щоб зробити збільшення мікроскопа ще більшим, потрібно переходити більш короткохвильове випромінювання. Ти, звичайно, знаєш, що будь-яка матеріальна частка має як хвильові, так і корпускулярні властивості. Електрон – одночасно і частка і хвиля. Це і використовується в електронному мікроскопі, з якого розпочалася наша розмова. Адже довжина хвилі електрона набагато менша за довжини хвиль видимого світла. А замість скляних лінз у такому мікроскопі стоять електромагнітні лінзи. Збільшення електронних мікроскопів – сотні тисяч разів. Можна побачити навіть окремі молекули, а в деяких випадках – і атоми!

- Андрію, давай зробимо електронний мікроскоп! – загорівся Сашко.

- Ні, це нам не під силу. А ось зробити простий світловий мікроскоп ми можемо.

- Але ж у нас немає короткофокусних лінз...

Для цього нам треба зробити маленьку кульку з матеріалу, показник заломлення якої більший, ніж у повітря. Ну, наприклад... із води! Для цього достатньо взяти тонкий лист металу та просвердлити в ньому невеликий отвір. Краї його треба натерти парафіном. Тепер, якщо капнути на отвір воду, то утворюється невелика кулька – адже вода не змочує парафін. Це і потрібна нам лінза.

- А чи не буде такий мікроскоп надто ніжним та примхливим? Напевно, працювати на ньому буде не дуже зручно.

- Зате в похідних умовах краще за нього нічого не придумаєш. Подумай: адже це лише металева пластинка з отвором! Якщо ж у платівці просвердлити отвори різного діаметра, можна будувати мікроскопи з різним збільшенням. А якщо ще як окуляр використовувати звичайну лупу, вийде дволінзова система.

- А чи не можна таки домогтися, щоб лінза була міцнішою?

- Що ж, якщо ти наполягаєш, давай зробимо її з міцнішого матеріалу. Наприклад, зі скла...

- Як це зі скла? – здивувався Сашко. - Воно ж тендітне! Як же ми його оброблятимемо?

– Скло нам відшліфує вогонь. Якщо тонку скляну паличку потихеньку опускати в полум'я пальника, то на кінці палички утворюватиметься кулька, тому що на поверхні будь-якої рідини і рідкого скла в тому числі діють сили поверхневого натягу. Ось тобі і готова міцна лінза!

Така цікава розмова відбулася у двох юних дослідників. Можливо, і ви, хлопці, захочете скористатися рекомендаціями Андрія Гур'єва та побудувати собі такий похідний мікроскоп?

Автори: С.Валянський, І.Надосекіна

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Чим гарячіше – тим прохолодніше

▪ З компасом через магнітні поля

▪

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Енергія з космосу для Starship 08.05.2024

Виробництво сонячної енергії в космосі стає все більш реальним з появою нових технологій та розвитком космічних програм. Керівник стартапу Virtus Solis поділився баченням використання Starship від SpaceX для створення орбітальних електростанцій, здатних забезпечувати енергією Землю. Стартап Virtus Solis представив амбітний проект створення орбітальних електростанцій, використовуючи Starship від SpaceX. Ця ідея може значно змінити сферу виробництва сонячної енергії, зробивши її доступнішою та дешевшою. Основою плану стартапу є зниження вартості запуску супутників у космос із використанням Starship. Передбачається, що завдяки цьому технологічному прориву виробництво сонячної енергії у космосі стане конкурентоспроможнішим порівняно з традиційними джерелами енергії. Віртуальна Solis планує створити великі фотоелектричні панелі на орбіті за допомогою Starship для доставки необхідного обладнання. Однак одним із ключових виклик ...>>

Новий метод створення потужних батарей 08.05.2024

З розвитком технологій та розширенням використання електроніки стає все більш актуальним питання створення ефективних та безпечних джерел енергії. Дослідники з Квінслендського університету представили новий підхід до створення потужних батарей на основі цинку, який може змінити пейзаж енергетичної індустрії. Однією з головних проблем традиційних батарей, що перезаряджаються, на водній основі була їх низька напруга, що обмежувало їх застосування в сучасних пристроях. Але завдяки новому методу, розробленому вченими, цей недолік успішно подолано. В рамках свого дослідження вчені звернулися до спеціального органічного з'єднання – катехолу. Воно виявилося важливим компонентом, здатним покращити стабільність роботи батареї та збільшити її ефективність. Цей підхід призвів до значного збільшення напруги цинк-іонних акумуляторів, що зробило їх конкурентоспроможнішими. За словами вчених, такі батареї мають кілька переваг. Вони мають б ...>>

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Випадкова новина з Архіву

Розумний пластик 27.10.2022

Дослідники з Техаського університету в Остіні поставили за мету створити жорсткий і жорсткий в одних місцях і м'який і розтяжний в інших пластик. Вони змогли створити новий матеріал, який у 10 разів міцніший за натуральний каучук і може призвести до створення більш гнучкої електроніки та робототехніки.

"Можливість контролювати кристалізацію і, отже, фізичні властивості матеріалу за допомогою світла потенційно може бути використана для створення електроніки, що носиться, або виконавчих механізмів у м'якій робототехніці", - сказав Захарія Пейдж, доцент хімії та автор-кореспондент статті

Пейдж та його команда змогли контролювати та змінювати структуру матеріалу, схожого на пластик, використовуючи світло, щоб змінити ступінь пружності чи розтяжності матеріалу.

Хіміки почали з мономеру - невеликої молекули, яка зв'язується з іншими подібними до неї, утворюючи будівельні блоки для великих структур, які були схожі на полімер, що міститься в пластикі, що найчастіше використовується. Після тестування десятка каталізаторів вони знайшли один, який при додаванні до мономеру і опромінення видимим світлом приводив до утворення напівкристалічного полімеру, схожого на синтетичний каучук. На ділянках, що зачіпаються світлом, утворювався твердіший і жорсткіший матеріал, тоді як неосвітлені ділянки зберігали свої м'які, розтяжні властивості.

Оскільки речовина складається з одного матеріалу з різними властивостями, воно було міцнішим і могло розтягуватися на більшу відстань, ніж більшість змішаних матеріалів.

Реакція відбувається за кімнатної температури, мономер і каталізатор є комерційно доступними, а як джерело світла дослідники використовували недорогі сині світлодіоди. Реакція триває менше години.

Надалі дослідники будуть прагнути створити більше об'єктів з використанням цього матеріалу, щоб продовжити перевірку його придатності.

Інші цікаві новини:

▪ Прокат електромобілів

▪ Мікросхема монітора струму/потужності

▪ Опріснення морської води на основі мембрани з нановолокон

▪ Проекційні дисплеї в автомобілях можуть бути безпечними

▪ Фотокамера залишає сліди

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Дозиметри. Добірка статей

▪ стаття Методи оцінки тяжкості праці. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Що таке Сонячна система? Детальна відповідь

▪ стаття Пепіно. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Проста та недорога фарба для парканів. Прості рецепти та поради

▪ стаття Розмножується кулька. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт