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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Microscópio de uma gota de água. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças Sasha Putyatin, aluna da sétima série, mora na cidade dos cientistas, Dubna, perto de Moscou, e gosta muito de física. Certa vez, folheando um livro popular de ciências, ele se deparou com uma imagem curiosa. Nela havia algumas bolas e no fundo estava a inscrição: "Fotografia de moléculas obtidas por meio de um microscópio eletrônico". Folheando o livro de física em sua mente, o menino rapidamente imaginou outra imagem familiar: um pedaço de fio e pontos se movendo dentro dele com um sinal de menos - elétrons. Como você conseguiu tirar uma foto com a ajuda dessas partículas? E Sasha correu para pedir esclarecimentos ao vizinho na escada Andrei Guryev. Andrei está na décima série e se prepara para entrar na universidade na Faculdade de Física. É difícil encontrar um consultor melhor para Sasha... - Você está interessado no microscópio eletrônico? - Andrey perguntou novamente. - Você sabe como funciona um normal? - Por que é tão difícil? Sasha exclamou. - Você pega algumas lentes, insere no tubo - aqui está um microscópio para você! André riu. - Sério, que fácil! Um microscópio e um telescópio ao mesmo tempo! Mas brincadeiras à parte. Você acha que pode fazer um microscópio com uma lente? - Bem, eu sei disso. Quando há uma lente, esse dispositivo é chamado de lupa. - Certo. Mas você sabia que o biólogo holandês Anthony van Leeuwenhoek, que primeiro viu a micropopulação de uma lagoa, usou uma lupa, e esse aparelho agora é chamado de microscópio de Leeuwenhoek? Além disso, tinha a mesma ampliação de um microscópio moderno comum. - Não está claro por que então eles fazem microscópios com várias lentes, se basta ter apenas um? - Esta é uma questão muito interessante. Vamos descobrir... O olho humano pode distinguir uma estrutura fina se a distância entre dois elementos dessa estrutura for maior que 0,08 mm. Mas a vida apresenta problemas nos quais é necessário considerar objetos com uma estrutura muito mais refinada. É aqui que os instrumentos ópticos vêm em socorro. A ampliação que pode ser obtida com uma única lente é definida como 250/f, onde f é a distância focal da lente, medida em milímetros. E a distância focal da lente pode ser determinada pela fórmula f \u1d r / (n-1,5), onde r é o raio de curvatura da superfície da lente (para simplificar, assumiremos que a lente tem os mesmos raios de curvatura para as metades frontal e traseira), n é o índice de refração do material, do qual a lente é feita. Se, por exemplo, for feito de vidro comum, então n = 100, e então a distância focal da lente e o raio de sua curvatura serão da mesma ordem de grandeza. Assim, para obter uma ampliação de 5 vezes, é necessário pegar uma bola de vidro com diâmetro de 10 mm. E para que a imagem não fique distorcida, um diafragma com diâmetro aproximadamente XNUMX vezes menor que o diâmetro da bola terá que ser colocado entre o objeto observado e a lente. Além disso, a abertura deve ser ajustada o mais próximo possível da lente. Se quisermos construir um sistema de duas lentes com a mesma ampliação, podemos usar lentes com distâncias focais maiores... Como funcionará esse esquema? Sasha interrompeu seu amigo com impaciência. - É assim que. Um objeto ampliado pela primeira lente (objetiva) é visto com a ajuda de outra lente (ocular) como se fosse uma lupa. A ampliação total de tal sistema é o produto da ampliação da objetiva e da ampliação da ocular - Isso é ótimo! Portanto, se você colocar uma terceira lente, o aumento total aumentará novamente! E se o quarto... - Espere, Sasha, você não vai conseguir com a terceira lente. E é por causa disso. A imagem ampliada pela segunda lente está na melhor distância de visão do olho (a melhor distância de visão, como você sabe, é de 250 mm). E para que a terceira lente, que você vai usar como lupa, funcione bem, o objeto em questão deve estar próximo ao seu foco. Isso significa que a distância focal da terceira lente deve ser próxima a 250 mm - mas então sua ampliação será igual a 250/250=1... Ou seja, a terceira lente não funcionará. Mas isso não deveria nos incomodar. Afinal, a ampliação de um microscópio ainda não pode ser ilimitada. E a razão para isso não é a complexidade da fabricação de lentes. Você e eu nos esquecemos completamente das propriedades ondulatórias da luz. A luz que ilumina nosso objeto tem um comprimento de onda bem definido. Para tornar a ampliação do microscópio ainda maior, você precisa mudar para radiação de comprimento de onda mais curto. Claro, você sabe que qualquer partícula material tem propriedades ondulatórias e corpusculares. Um elétron é tanto uma partícula quanto uma onda. Isso é o que é usado no microscópio eletrônico com o qual nossa conversa começou. Afinal, o comprimento de onda de um elétron é muito menor do que os comprimentos de onda da luz visível. E em vez de lentes de vidro em tal microscópio, existem lentes eletromagnéticas. A ampliação dos microscópios eletrônicos é de centenas de milhares de vezes. Você pode até ver moléculas individuais e, em alguns casos, até átomos! - Andrew, vamos fazer um microscópio eletrônico! Sasha disparou. - Não, não podemos fazer isso. Mas podemos fazer um microscópio de luz simples. - Mas não temos lentes de foco curto... Para fazer isso, precisamos fazer uma pequena bola de um material cujo índice de refração é maior que o do ar. Bem, por exemplo ... da água! Para fazer isso, basta pegar uma folha fina de metal e fazer um pequeno furo nela. As bordas devem ser esfregadas com parafina. Agora, se jogar água no buraco, forma-se uma bolinha - afinal, a água não molha a parafina. Esta é a lente que precisamos. - Mas tal microscópio não seria muito delicado e caprichoso? Provavelmente, não será muito conveniente trabalhar nisso. - Mas em condições de campo você não pode imaginar nada melhor do que ele. Pense bem: é apenas uma placa de metal com um furo! Se furos de diferentes diâmetros forem feitos na placa, então microscópios com diferentes ampliações podem ser construídos. E se você também usar uma lupa comum como ocular, obterá um sistema de duas lentes. - Ainda é possível conseguir que a lente fosse mais durável? - Bom, se você insiste, vamos fazer com um material mais resistente. Por exemplo, vidro... - Como é feito de vidro? Sacha ficou surpresa. - É frágil! Como vamos processá-lo? - O fogo vai polir o vidro para nós. Se uma haste de vidro fina for lentamente abaixada na chama de um queimador, uma bola se formará na extremidade da haste, porque as forças de tensão superficial atuam na superfície de qualquer líquido, incluindo vidro líquido. Aqui está uma lente durável acabada para você! Uma conversa tão interessante ocorreu entre dois jovens pesquisadores. Talvez vocês gostariam de usar as recomendações de Andrey Guryev e construir para si mesmos um microscópio de campo? Autores: S.Valyansky, I.Nadosekina
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