Оптические приборы

1. Оптические приборы. Линза

Ко­ли­че­ство и раз­но­об­ра­зие оп­ти­че­ских при­бо­ров очень ве­ли­ко, мы рас­смот­рим ос­нов­ные оп­ти­че­ские при­бо­ры. Во всех оп­ти­че­ских при­бо­рах самым глав­ным эле­мен­том яв­ля­ет­ся линза. Линза – это ку­со­чек про­зрач­но­го ма­те­ри­а­ла, ко­то­ро­му спе­ци­аль­ным об­ра­зом при­да­ли вы­пук­лость или во­гну­тость, чаще ис­поль­зу­ют­ся вы­пук­лые линзы. Линза умеет опре­де­лен­ным об­ра­зом пе­ре­кре­щи­вать лучи так, что, вы­хо­дя из нее, эти лучи рас­хо­дят­ся и де­ла­ют на­блю­да­е­мый объ­ект несколь­ко уве­ли­чен­ным (Рис. 1).  

Рис. 1. Линза

Обыч­но про­зрач­ным ма­те­ри­а­лом для линзы слу­жит стек­ло, но мы ис­поль­зу­ем воду, раз­лив ее в ста­кан и про­бир­ку. Линза в ста­кане боль­ше, чем линза про­бир­ки. Можно пред­по­ло­жить, что более круп­ная линза будет уве­ли­чи­вать лучше, чем мел­кая (Рис. 2).

Рис. 2. Опыт со ста­ка­ном и про­бир­кой

Лу­чи­ки, ко­то­рые вы­хо­дят из боль­шой линзы ста­ка­на, со­би­ра­ют­ся от нее до­воль­но да­ле­ко, и уве­ли­чи­ва­ет такая линза не так силь­но. Лу­чи­ки, ко­то­рые вы­хо­дят из ма­лень­кой линзы про­бир­ки, пе­ре­кре­щи­ва­ют­ся прямо рядом с ней, и уве­ли­чи­ва­ет эта линза до­воль­но силь­но. Вы­хо­дит, что ма­лень­кая линза уве­ли­чи­ва­ет лучше, чем боль­шая. Уве­ли­че­ние линзы свя­за­но не столь­ко с ее раз­ме­ра­ми, сколь­ко с вы­пук­ло­стью этой линзы. Линза в про­бир­ке более вы­пук­лая, чем линзы ста­ка­на, по­это­му ма­лень­кая линза ока­зы­ва­ет­ся более вы­пук­лой.

В боль­шин­стве оп­ти­че­ских при­бо­рах: в лупе, мик­ро­ско­пе – линзы ста­ра­ют­ся де­лать неболь­ши­ми, так как неболь­шую линзу проще сде­лать более вы­пук­лой, то есть более силь­ной.

Про­ве­дем еще один экс­пе­ри­мент: возь­мем ста­кан и по­верх воды на­льем немно­го масла, масло в воде не рас­тво­ря­ет­ся, так как оно легче воды и от­дель­ным слоем на­хо­дит­ся над слоем воды (Рис. 3).

Рис. 3. Экс­пе­ри­мент с водой и мас­лом

У нас по­лу­чи­лись две линзы: во­дя­ная и мас­ля­ная, по вы­пук­ло­сти они оди­на­ко­вы, ведь на­ли­ты в один ста­кан. Но, под­став­ляя ручку, мы видим, что уве­ли­чи­ва­ют они по-раз­но­му. От­сю­да вывод: сила линзы за­ви­сит не толь­ко от ее вы­пук­ло­сти, но и от ма­те­ри­а­ла, из ко­то­ро­го эта линза сде­ла­на. Если на­ри­со­вать линзу и по­смот­реть сбоку (Рис. 4), мы уви­дим, что у нее есть одна или две вы­пук­лые сто­ро­ны, боль­шие линзы имеют неболь­шую вы­пук­лость, а чем линза мень­ше, тем вы­пук­лость боль­ше.

Рис. 4. Линзы

2. Лупа

Если линзу по­ста­вить в опра­ву и сде­лать ручку, то мы по­лу­чим самый про­стой оп­ти­че­ский при­бор – лупу (Рис. 5).

Рис. 5. Лупа

Уве­ли­че­ние лупы обыч­но неболь­шое, ведь там встав­ле­на толь­ко одна линза, обыч­но оно на­пи­са­но на ней, уве­ли­че­ние обо­зна­ча­ет­ся х2, что го­во­рит об уве­ли­че­нии в два раза. Лупы поз­во­ля­ют по­лу­чать изоб­ра­же­ние в 25-крат­ном уве­ли­че­нии, более со­вер­шен­ные и мо­дер­ни­зи­ро­ван­ные – даже в 30-крат­ном. Но да­ле­ко не всё можно раз­гля­деть через лупу.

3. Микроскоп

Самый глав­ный при­бор для био­ло­гов – это мик­ро­скоп (Рис. 6).

Рис. 6. Мик­ро­скоп и его схема

Его пер­вая важ­ная часть – это оку­ляр, на ко­то­ром на­пи­са­но его уве­ли­че­ние. Вто­рая важ­ная часть – объ­ек­тив, и в оку­ля­ре, и в объ­ек­ти­ве на­хо­дят­ся по две линзы, таким об­ра­зом, уве­ли­че­ние в мик­ро­ско­пе со­зда­ет­ся че­тырь­мя лин­за­ми. Оку­ляр и объ­ек­тив встав­ле­ны в спе­ци­аль­ную труб­ку – тубус, ко­то­рая под­дер­жи­ва­ет их на опре­де­лен­ном рас­сто­я­нии. Для удоб­ства в ра­бо­те тубус за­креп­лен на шта­ти­ве. Мик­ро­скоп необ­хо­ди­мо на­стра­и­вать на рез­кость, как и любой оп­ти­че­ский при­бор, для этого есть ко­ле­си­ко на­строй­ки на рез­кость, по-на­уч­но­му кре­ма­лье­ра. Их бы­ва­ет несколь­ко: для гру­бой и точ­ной на­строй­ки. Пред­мет ис­сле­до­ва­ния кла­дут на пред­мет­ный сто­лик, на ко­то­ром для удоб­ства есть спе­ци­аль­ные за­жи­мы. Зер­каль­це ис­поль­зу­ет­ся для на­строй­ки света, бы­ва­ют мик­ро­ско­пы и с фо­на­ри­ком для под­свет­ки вме­сто зер­каль­ца.

4. Работа с микроскопом

1. Перед ра­бо­той необ­хо­ди­мо ак­ку­рат­но про­те­реть линзы спе­ци­аль­ны­ми сал­фет­ка­ми.

2. Найти самое осве­щен­ное место для ра­бо­ты.  

3. Вы­ста­вить шта­тив для удоб­ства в ра­бо­те.

4. До­бить­ся наи­луч­ше­го осве­ще­ния с по­мо­щью ре­гу­ли­ров­ки зер­каль­ца.

5. Уло­жить ис­сле­ду­е­мый пред­мет на сто­лик под за­жи­мы, чтобы ды­роч­ка на пред­мет­ном сто­ли­ке была прямо под пред­ме­том.

6. От­ре­гу­ли­ро­вать вин­том кре­ма­лье­ры рез­кость, на­блю­дая рас­сто­я­ние до пред­ме­та, чтоб не раз­да­вить его – край объ­ек­ти­ва дол­жен быть на рас­сто­я­ни­и1–2 мил­ли­мет­ра от пред­ме­та.

7. Все­гда на­чи­нать ис­сле­до­ва­ние пред­ме­та с са­мо­го ма­лень­ко­го уве­ли­че­ния, меняя оку­ля­ры или пе­ре­дви­гая ме­ха­низм объ­ек­ти­ва, так на­зы­ва­е­мый ре­воль­вер­ный ме­ха­низм. На оку­ля­ре и объ­ек­ти­ве на­не­се­ны их уве­ли­че­ния. Уве­ли­че­ние мик­ро­ско­па – это про­из­ве­де­ние чисел на оку­ля­ре и объ­ек­ти­ве.

8. Мик­ро­винт кру­тит­ся, не от­ры­вая от него паль­цы, впе­ред и назад.

9. По окон­ча­нии ра­бо­ты необ­хо­ди­мо мик­ро­скоп убрать в фу­тляр.

5. Заключение

В био­ло­гии ис­поль­зу­ют и элек­трон­ные мик­ро­ско­пы, ко­то­рые по­хо­жи на боль­шие шкафы (Рис. 7). Неко­то­рые на­зы­ва­ют обыч­ный оп­ти­че­ский мик­ро­скоп элек­трон­ным лишь толь­ко по­то­му, что у него есть про­вод и он вклю­ча­ет­ся в ро­зет­ку, это боль­шая ошиб­ка: в ро­зет­ку он вклю­ча­ет­ся толь­ко для под­свет­ки.  

Рис. 7. Элек­трон­ный мик­ро­скоп

Мы рас­смот­ре­ли оп­ти­че­ские при­бо­ры, наи­бо­лее ши­ро­ко при­ме­ня­е­мые в био­ло­гии, и уви­де­ли, что непре­мен­ной и самой су­ще­ствен­ной де­та­лью таких при­бо­ров яв­ля­ет­ся линза. Оп­ти­че­ская сила линзы – одна их ос­нов­ных ве­ли­чин, ха­рак­те­ри­зу­ю­щая любой оп­ти­че­ский при­бор.

Вопросы к конспектам