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LABORATORIO CIENTÍFICO INFANTIL
Microscopio de una gota de agua. Laboratorio de ciencias para niños
Directorio / Laboratorio de ciencias para niños Sasha Putyatin, estudiante de séptimo grado, vive en la ciudad de los científicos, Dubna, cerca de Moscú, y está muy interesado en la física. Un día, mientras hojeaba un libro de divulgación científica, se topó con una imagen interesante. Representaba algunas bolas y en la parte inferior había una leyenda: “Fotografía de moléculas obtenida con un microscopio electrónico”. Después de leer mentalmente el libro de texto de física, el niño rápidamente imaginó otra imagen familiar: un trozo de cable y puntos en movimiento en su interior con un signo menos: electrones. ¿Cómo conseguiste obtener una fotografía utilizando estas partículas? Y Sasha corrió a pedirle explicaciones a su vecino de la escalera, Andrei Guryev. Andrey está en décimo grado y se está preparando para ingresar a la universidad en el departamento de física. Es difícil pensar en un mejor consultor para Sasha... -¿Estás interesado en un microscopio electrónico? - preguntó Andrei. - ¿Sabes cómo funciona uno normal? - ¿Por qué es ésto tan complicado? - exclamó Sasha. - Coges varias lentes, las insertas en el tubo - ¡aquí tienes un microscopio! Andrés se rió. - ¡Efectivamente, qué sencillo! ¡Un microscopio y un telescopio a la vez! Pero bromas aparte. ¿Crees que puedes hacer un microscopio con una sola lente? - Bueno, eso lo sé. Cuando hay una lente, dicho dispositivo se llama lupa. - Bien. Pero, ¿sabías que el biólogo holandés Antonie van Leeuwenhoek, que fue el primero en ver la micropoblación de un estanque, utilizó una lupa y este dispositivo ahora se llama microscopio de Leeuwenhoek? Además, tenía el mismo aumento que un microscopio moderno común y corriente. - ¿No está claro por qué fabrican microscopios con múltiples lentes, si basta con tener uno solo? - Esta es una pregunta muy interesante. Vamos a averiguarlo... El ojo humano puede distinguir una estructura fina si la distancia entre dos elementos de esta estructura es superior a 0,08 mm. Pero la vida plantea problemas en los que es necesario considerar objetos con una estructura mucho más fina. Aquí es donde los instrumentos ópticos vienen al rescate. El aumento que se puede lograr con una sola lente se define como 250/f, donde f es la distancia focal de la lente medida en milímetros. Y la distancia focal de la lente se puede determinar mediante la fórmula f = r/(n-1), donde r es el radio de curvatura de la superficie de la lente (para simplificar, asumiremos que la lente tiene los mismos radios de curvatura para las mitades delantera y trasera), n es el índice de refracción del material del que está hecha la lente. Si, por ejemplo, está hecho de vidrio ordinario, entonces n = 1,5, y entonces la distancia focal de la lente y el radio de su curvatura serán del mismo orden de magnitud. Esto significa que para obtener un aumento de 100 veces, es necesario tomar una bola de vidrio con un diámetro de 5 mm. Para evitar que la imagen se distorsione, habrá que colocar un diafragma con un diámetro aproximadamente 10 veces menor que el diámetro de la bola entre el objeto observado y la lente. Además, el diafragma debe colocarse lo más cerca posible de la lente. Si queremos construir un sistema de dos lentes con el mismo aumento, entonces podemos usar lentes de distancia focal más larga... ¿Cómo funcionará tal esquema? Sasha interrumpió a su amigo con impaciencia. - Así es como. Un objeto ampliado por la primera lente (objetivo) se ve con la ayuda de otra lente (ocular) como a través de una lupa. El aumento total de dicho sistema es el producto del aumento del objetivo y el aumento del ocular. - ¡Genial! Esto significa que si agrega una tercera lente, ¡el aumento total aumentará nuevamente! Y si el cuarto... - Espera, Sashok, no tendrás éxito con la tercera lente. Y es por eso. La imagen ampliada por la segunda lente se encuentra a la distancia de mejor visión del ojo (la distancia de mejor visión, como usted sabe, es de 250 mm). Y para que la tercera lente, que vas a utilizar como lupa, funcione eficazmente, el objeto en cuestión debe estar cerca de su foco. Esto significa que la distancia focal de la tercera lente debe ser cercana a 250 mm, pero entonces su aumento será igual a 250/250 = 1... Es decir, la tercera lente no funcionará. Pero esto no debería molestarnos. Después de todo, el aumento de un microscopio todavía no puede ser ilimitado. Y la razón de esto no es en absoluto la dificultad de fabricar lentes. Tú y yo nos hemos olvidado por completo de las propiedades ondulatorias de la luz. La luz que ilumina nuestro objeto tiene una longitud de onda muy específica. Para aumentar aún más el aumento del microscopio, es necesario cambiar a radiación de longitud de onda más corta. Por supuesto, usted sabe que cualquier partícula material tiene propiedades tanto ondulatorias como corpusculares. Un electrón es a la vez una partícula y una onda. Esto es lo que se utiliza en el microscopio electrónico, con el que comenzó nuestra conversación. Después de todo, la longitud de onda del electrón es mucho más corta que las longitudes de onda de la luz visible. Y en lugar de lentes de vidrio, un microscopio de este tipo tiene lentes electromagnéticas. El aumento de los microscopios electrónicos es de cientos de miles de veces. ¡Incluso puedes ver moléculas individuales y, en algunos casos, átomos! - ¡Andrew, hagamos un microscopio electrónico! Sasha se encendió. - No, no podemos hacer eso. Pero podemos hacer un microscopio de luz simple. - Pero no tenemos lentes de foco corto... Para ello, necesitamos hacer una pequeña bola a partir de un material cuyo índice de refracción sea mayor que el del aire. Pues por ejemplo... ¡del agua! Para hacer esto, simplemente tome una lámina delgada de metal y taladre un pequeño agujero en ella. Los bordes se deben frotar con parafina. Ahora, si deja caer agua en el agujero, se formará una pequeña bola; después de todo, el agua no moja la parafina. Esta es la lente que necesitamos. - ¿No sería un microscopio así demasiado delicado y caprichoso? Probablemente no será muy conveniente trabajar en ello. - Pero en condiciones de campo no se puede imaginar nada mejor que esto. Piénsalo: ¡es sólo una placa de metal con un agujero! Si perfora agujeros de diferentes diámetros en la placa, puede construir microscopios con diferentes aumentos. Y si además utilizas una lupa normal como ocular, obtendrás un sistema de dos lentes. - ¿Todavía es posible lograr que la lente sea más duradera? - Bueno, si insistes, hagámoslo de un material más resistente. Por ejemplo, de cristal... - ¿Cómo está hecho de vidrio? - se sorprendió Sasha. - ¡Es frágil! ¿Cómo vamos a procesarlo? - El fuego pulirá nuestro vaso. Si se baja lentamente una varilla de vidrio delgada hacia la llama del quemador, se formará una bola en el extremo de la varilla, porque las fuerzas de tensión superficial actúan sobre la superficie de cualquier líquido, incluido el vidrio líquido. ¡Aquí tienes una lente duradera lista para usar! Una conversación tan interesante tuvo lugar entre dos jóvenes investigadores. ¿Quizás les gustaría aprovechar las recomendaciones de Andrei Guryev y construir ustedes mismos un microscopio itinerante? Autores: S.Valyansky, I.Nadosekina
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