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水滴からの顕微鏡。 子ども科学実験室
XNUMX 年生のサーシャ プチャーチンはモスクワ近郊の科学者の街ドゥブナに住んでおり、物理学がとても好きです。 あるとき、彼は人気の科学書をめくっていて、興味深い写真を見つけました。 その上にはいくつかのボールがあり、その底には「電子顕微鏡を使用して得られた分子の写真」と書かれていました。 心の中で物理学の教科書をめくり、少年はすぐに別の見慣れた絵を想像しました。それは、ワイヤーと、その中でマイナス記号が付いた点、つまり電子です。 これらの粒子を使ってどうやって写真を撮ることができたのでしょうか? そしてサーシャは階段の吹き抜けにいる隣人アンドレイ・グリエフに説明を求めて走った。 アンドレイは XNUMX 年生で、大学の物理学部への入学を準備しています。 サーシャにとってこれ以上のコンサルタントを見つけるのは難しいです... - 電子顕微鏡に興味はありますか？ - アンドレイはもう一度尋ねました。 - 通常のものがどのように機能するか知っていますか? - なぜそんなに難しいのですか？ サーシャは叫んだ。 - いくつかのレンズを取り出し、チューブに挿入します。これがあなたの顕微鏡です。 アンドリューは笑った。 - 本当に、なんて簡単なんでしょう！ 顕微鏡と望遠鏡を同時に！ 冗談はさておき。 XNUMX つのレンズから顕微鏡を作ることができると思いますか? -まあ、私はそれを知っています。 レンズがXNUMXつある場合、そのようなデバイスは拡大鏡と呼ばれます。 - 右。 しかし、池の微小個体群を初めて観察したオランダの生物学者アンソニー・ファン・レーウェンフックが虫眼鏡を使用したことをご存知ですか。この装置は現在レーウェンフックの顕微鏡と呼ばれています。 さらに、それは通常の現代の顕微鏡と同じ倍率を持っていました。 - XNUMX つだけあれば十分なのに、なぜ多眼顕微鏡を作るのかは不明です。 - これは非常に興味深い質問です。 それを理解しましょう... 人間の目は、この構造の 0,08 つの要素間の距離が 250 mm より大きい場合、微細構造を区別できます。 しかし、生命は、より微細な構造を持つ物体を考慮する必要があるという問題を引き起こします。 ここで光学機器が役に立ちます。 単一のレンズで得られる倍率は 1/f と定義されます。ここで、f はレンズの焦点距離 (ミリメートル単位) です。 そして、レンズの焦点距離は、式f \u1,5d r / (n-100)で決定できます。ここで、rはレンズ表面の曲率半径です（簡単にするために、レンズの半径は同じであると仮定します）前半分と後半分の曲率）、n はレンズを構成する材料の屈折率です。 たとえば、通常のガラスでできている場合、n = 5 となり、レンズの焦点距離とその曲率半径は同じ桁になります。 したがって、倍率を 10 倍にするには、直径 XNUMX mm のガラス球を使用する必要があります。 また、像が歪まないようにするには、観察対象とレンズの間にボールの直径のXNUMX倍程度の絞りを設置する必要があります。 さらに、絞りはできるだけレンズに近づけて設定する必要があります。 同じ倍率の XNUMX つのレンズ システムを構築したい場合は、より長い焦点距離のレンズを使用できます。 そのようなスキームはどのように機能しますか？ サーシャは彼の友人を焦って邪魔した。 - そういうわけです。 最初のレンズ (対物レンズ) で拡大された物体は、別のレンズ (接眼レンズ) を使って虫眼鏡を通して見るように見えます。 このようなシステムの総合倍率は、対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率の積になります。 - それは素晴らしいことです！ ということは、XNUMX本目のレンズを入れるとまた全体の増加量が増えることになります！ XNUMX人目だったらどうしよう… - 待ってください、サーシャ、250 番目のレンズでは成功しませんよ。 だからこそ。 250 番目のレンズによって拡大された画像は、目からの最適視距離にあります (ご存知のとおり、最適視距離は 250 mm)。 また、拡大鏡として使用する 250 番目のレンズが効果的に機能するには、対象の物体が焦点の近くにある必要があります。 これは、1 番目のレンズの焦点距離が XNUMX mm に近い必要があることを意味しますが、その場合、倍率は XNUMX/XNUMX=XNUMX に等しくなります... つまり、XNUMX番目のレンズは機能しません。 しかし、それは私たちを動揺させるべきではありません。 結局のところ、顕微鏡の倍率は依然として無制限ではありません。 その理由は、レンズ製造の複雑さではまったくありません。 あなたも私も光の波動特性をすっかり忘れていました。 私たちの物体を照らす光には、明確に定義された波長があります。 顕微鏡の倍率をさらに大きくするには、より短い波長の放射線に切り替える必要があります。 もちろん、どんな物質粒子にも波動と粒子の両方の特性があることはご存知でしょう。 電子は粒子であると同時に波でもあります。 これは、私たちの会話が始まった電子顕微鏡で使用されているものです。 結局のところ、電子の波長は可視光の波長よりもはるかに短いのです。 そして、そのような顕微鏡にはガラスレンズの代わりに電磁レンズがあります。 電子顕微鏡の倍率は数十万倍です。 個々の分子、場合によっては原子さえも見ることができます。 -アンドリュー、電子顕微鏡を作ろう！ サーシャが発砲した。 -いいえ、それはできません。 しかし、私たちは簡単な光学顕微鏡を作ることができます。 - しかし、短焦点レンズはありません... これを行うには、空気よりも屈折率が大きい材料で小さなボールを作成する必要があります。 そうですね、たとえば...水から！ これを行うには、薄い金属シートにドリルで小さな穴を開けます。 端はパラフィンでこする必要があります。 ここで、穴に水を落とすと、小さなボールが形成されます。結局のところ、水はパラフィンを濡らしません。 これが私たちが必要とするレンズです。 - しかし、そのような顕微鏡はあまりにも繊細で奇抜すぎませんか? おそらく、それに取り組むのはあまり便利ではないでしょう。 - しかし、フィールドコンディションでは彼以上のものは考えられません。 考えてみてください。これは単なる穴の開いた金属板です。 プレートに異なる直径の穴を開けると、異なる倍率の顕微鏡を構築できます。 通常の拡大鏡を接眼レンズとしても使用すると、XNUMX つのレンズ システムが得られます。 - レンズの耐久性を向上させることはまだ可能ですか? - まあ、欲を言えば、もっと丈夫な素材で作りましょう。 例えばガラスとか… - ガラスはどうやって作られているのですか？ サーシャは驚いた。 - 壊れやすいです！ どのように処理するのでしょうか？ - 火がガラスを磨いてくれるでしょう。 細いガラス棒をバーナーの炎の中にゆっくりと下ろすと、表面張力が液体ガラスを含む液体の表面に作用するため、棒の端にボールが形成されます。 完成した耐久性のあるレンズがここにあります。 二人の若い研究者の間で、とても興味深い会話が行われました。 おそらく皆さんも、アンドレイ・グリエフ氏の推奨事項を参考にして、そのような野外顕微鏡を自分で組み立てたいと考えているでしょうか? 著者: S.Valyansky、I.Nadosekina
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