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LABORATOIRE SCIENTIFIQUE POUR ENFANTS
Microscope à partir d'une goutte d'eau. Laboratoire scientifique pour enfants
Annuaire / Laboratoire scientifique pour enfants Sasha Putyatin, une élève de septième, vit dans la ville des scientifiques, Dubna, près de Moscou, et aime beaucoup la physique. Une fois, en feuilletant un livre de vulgarisation scientifique, il tomba sur une curieuse image. Des boules y étaient posées, et en bas se trouvait l'inscription : "Photographie de molécules obtenues à l'aide d'un microscope électronique". En retournant le manuel de physique dans son esprit, le garçon imagina rapidement une autre image familière : un morceau de fil et des points se déplaçant à l'intérieur avec un signe moins - des électrons. Comment avez-vous réussi à obtenir une photo à l'aide de ces particules ? Et Sasha a couru demander des éclaircissements à son voisin dans la cage d'escalier Andrei Guryev. Andrei est en dixième année et se prépare à entrer à l'université à la Faculté de physique. Il est difficile de trouver un meilleur consultant pour Sasha... - Êtes-vous intéressé par le microscope électronique ? - Andreï a demandé de nouveau. - Savez-vous comment fonctionne une normale ? - Pourquoi est-ce si difficile? s'exclama Sacha. - Vous prenez quelques lentilles, insérez-les dans le tube - voici un microscope pour vous ! André rit. - Vraiment, comme c'est facile ! Microscope et télescope à la fois ! Mais blague à part. Pensez-vous que vous pouvez fabriquer un microscope avec une seule lentille ? - Eh bien, je le sais. Lorsqu'il n'y a qu'une seule lentille, un tel appareil est appelé loupe. - Droite. Mais saviez-vous que le biologiste hollandais Anthony van Leeuwenhoek, qui a vu le premier la micropopulation d'un étang, utilisait une loupe, et cet appareil s'appelle maintenant le microscope de Leeuwenhoek ? De plus, il avait le même grossissement qu'un microscope moderne ordinaire. - On ne sait pas pourquoi alors ils fabriquent des microscopes multi-objectifs, s'il suffit d'en avoir un seul ? - C'est une question très intéressante. Découvrons-le... L'oeil humain peut distinguer une structure fine si la distance entre deux éléments de cette structure est supérieure à 0,08 mm. Mais la vie pose des problèmes dans lesquels il faut considérer des objets avec une structure beaucoup plus fine. C'est là que les instruments optiques viennent à la rescousse. Le grossissement pouvant être obtenu avec un seul objectif est défini comme 250/f, où f est la distance focale de l'objectif, mesurée en millimètres. Et la distance focale de la lentille peut être déterminée par la formule f \u1d r / (n-1,5), où r est le rayon de courbure de la surface de la lentille (pour simplifier, nous supposerons que la lentille a les mêmes rayons de courbure pour les moitiés avant et arrière), n est l'indice de réfraction du matériau à partir duquel la lentille est fabriquée. Si, par exemple, il est en verre ordinaire, alors n = 100, puis la distance focale de la lentille et le rayon de sa courbure seront du même ordre de grandeur. Ainsi, pour obtenir un grossissement de 5 fois, vous devez prendre une boule de verre d'un diamètre de 10 mm. Et pour que l'image ne soit pas déformée, un diaphragme d'un diamètre environ XNUMX fois inférieur au diamètre de la boule devra être placé entre l'objet observé et la lentille. De plus, l'ouverture doit être réglée le plus près possible de l'objectif. Si nous voulons construire un système à deux objectifs avec le même grossissement, nous pouvons utiliser des objectifs avec des distances focales plus longues ... Comment un tel schéma fonctionnera-t-il ? Sasha interrompit son ami avec impatience. - C'est comme ça. Un objet grossi par la première lentille (objectif) est visualisé à l'aide d'une autre lentille (oculaire) comme à travers une loupe. Le grossissement total d'un tel système est le produit du grossissement de l'objectif et du grossissement de l'oculaire - C'est super! Donc, si vous mettez une troisième lentille, alors l'augmentation totale augmentera à nouveau ! Et si le quatrième... - Attends, Sasha, tu ne réussiras pas avec la troisième lentille. Et c'est pourquoi. L'image agrandie par la deuxième lentille est à la meilleure distance de vision de l'œil (la meilleure distance de vision, comme vous le savez, est de 250 mm). Et pour que la troisième lentille, que vous allez utiliser comme loupe, fonctionne efficacement, l'objet en question doit être proche de son foyer. Cela signifie que la distance focale du troisième objectif doit être proche de 250 mm - mais alors son grossissement sera égal à 250/250=1... Autrement dit, la troisième lentille ne fonctionnera pas. Mais cela ne devrait pas nous déranger. Après tout, le grossissement d'un microscope ne peut toujours pas être illimité. Et la raison n'est pas du tout la complexité de la fabrication des verres. Vous et moi avons complètement oublié les propriétés ondulatoires de la lumière. La lumière qui éclaire notre objet a une longueur d'onde bien définie. Pour rendre le grossissement du microscope encore plus grand, vous devez passer à un rayonnement de longueur d'onde plus courte. Bien sûr, vous savez que toute particule matérielle possède à la fois des propriétés ondulatoires et corpusculaires. Un électron est à la fois une particule et une onde. C'est ce qui est utilisé dans le microscope électronique avec lequel notre conversation a commencé. Après tout, la longueur d'onde d'un électron est beaucoup plus petite que les longueurs d'onde de la lumière visible. Et au lieu de lentilles en verre dans un tel microscope, il existe des lentilles électromagnétiques. Le grossissement des microscopes électroniques est des centaines de milliers de fois. Vous pouvez même voir des molécules individuelles et, dans certains cas, même des atomes ! - Andrew, fabriquons un microscope électronique ! Sasha s'est enflammé. - Non, on ne peut pas faire ça. Mais nous pouvons fabriquer un simple microscope optique. - Mais nous n'avons pas d'objectifs à courte focale... Pour ce faire, nous devons fabriquer une petite boule d'un matériau dont l'indice de réfraction est supérieur à celui de l'air. Eh bien, par exemple ... de l'eau! Pour ce faire, il suffit de prendre une fine feuille de métal et de percer un petit trou dedans. Les bords doivent être frottés avec de la paraffine. Maintenant, si vous laissez tomber de l'eau sur le trou, une petite boule se forme - après tout, l'eau ne mouille pas la paraffine. C'est l'objectif dont nous avons besoin. - Mais un tel microscope ne serait-il pas trop délicat et fantaisiste ? Probablement, il ne sera pas très pratique de travailler dessus. - Mais sur le terrain, vous ne pouvez rien imaginer de mieux que lui. Pensez-y : c'est juste une plaque de métal avec un trou ! Si des trous de différents diamètres sont percés dans la plaque, des microscopes avec différents grossissements peuvent être construits. Et si vous utilisez également une loupe ordinaire comme oculaire, vous obtenez un système à deux lentilles. - Est-il encore possible d'obtenir que l'objectif soit plus durable ? - Eh bien, si vous insistez, fabriquons-le à partir d'un matériau plus durable. Par exemple, le verre... - Comment est-il fait de verre? Sacha était surpris. - C'est fragile! Comment allons-nous le traiter ? - Le feu polira le verre pour nous. Si une fine tige de verre est lentement abaissée dans la flamme d'un brûleur, une boule se formera à l'extrémité de la tige, car les forces de tension superficielle agissent sur la surface de tout liquide, y compris le verre liquide. Voici une lentille durable finie pour vous ! Une conversation aussi intéressante a eu lieu entre deux jeunes chercheurs. Peut-être aimeriez-vous utiliser les recommandations d'Andrey Guryev et construire vous-même un tel microscope de terrain ? Auteurs : S.Valyansky, I.Nadosekina
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