Сквозь волшебный прибор Левенгука

XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Сквозь волшебный прибор Левенгука

Кудрявцева З.Т. 1
1МБОУ "Чебеньковская СОШ Оренбургского района"
Бекмукашева А.Н. 1
1МБОУ "Чебеньковская СОШ Оренбургского района"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Обоснование возникшей проблемы

МИКРОБИОЛОГИЯ (греч.mikros – малый, лат.bios – жизнь) – наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, названные микроорганизмами или микробами, она изучает их биологические признаки и взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету – животными, растениями и человеком.

На одном из уроков биологии, нам рассказали о выдающемся ученом-самоучке, имя которого тесно связано с его прибором – микроскопом Антони Ван Левенгука. С помощью него исследователь приоткрыл занавесу в мир микроорганизмов.

Но порою в школе демонстрационных приборов либо не хватает, либо нет вообще. Следует учесть, что некоторые из них можно изготовить самому, даже из подручных материалов. Я решила изготовить такой прибор.

Считаю, что нужно изучать устройство приборов ушедших веков, разгадывать технологию их изготовления.

Цель работы: разработатьи изготовить модель микроскопа Левенгука максимально приближенно к оригиналу.

Задачи:

узнать биографию Левенгука;

изучить литературу и изготовить простейший микроскоп, с помощью которого можно изучать микромир;

опытным путем проверить действие прибора;

презентовать и представить прибор на суд жюри.

Эскиз прибора

Судя пописьмам, свои исследования Левенгук проводил без какого-либо плана, помещая под микроскоп всё, что попадалось на глаза, проявляя при этом удивительную изобретательность. Освоив ремесло шлифовальщика, Левенгук стал очень искусным и удачным изготовителем линз. Всего за свою жизнь он изготовил не менее 500 линз и как минимум 25 микроскопов, 9 из которых дошли до наших дней. По сохранившимся чертежам и рисункам я изготовлю свой микроскоп

Антони ван Левенгук: история жизни ученого

Антони ван Левенгук родился 24 октября 1623 года в голландском городе Делфте в семье Филипса Антонисзона и Маргарет Бел ван ден Берч. Детство его было нелегким. Никакого образования он не получил. Отец, небогатый ремесленник, отдал мальчика на учение к суконщику. Вскоре Антони стал самостоятельно торговать мануфактурой.

Затем Левенгук был кассиром и бухгалтером в одном из торговых учреждений в Амстердаме. Позднее он служил стражем судебной палаты в родном городе, что по современным понятиям соответствует должностям дворника, истопника и сторожа одновременно. Знаменитым Левенгука сделало его необычное увлечение.

Еще в молодости Антони научился изготовлять увеличительные стекла, увлекся этим делом и достиг в нем изумительного искусства. На досуге он любил шлифовать оптические стекла и делал это с виртуозным мастерством. В те времена самые сильные линзы увеличивали изображение лишь в двадцать раз. "Микроскоп" Левенгука – это, по существу, очень сильная лупа. Она увеличивала до 250-300 раз. Такие сильные увеличительные стекла в то время были совершенно неизвестны. Линзочки, т.е. увеличительные стекла Левенгука, были очень малы – величиной с крупную горошину. Пользоваться ими было трудно. Крохотное стеклышко в оправе на длинной ручке приходилось прикладывать вплотную к глазу. Но, несмотря на это, наблюдения Левенгука отличались для того времени большой точностью. Эти замечательные линзы и оказались окном в новый мир.

Усовершенствованием своих микроскопов Левенгук занимался всю жизнь: он менял линзы, изобретал какие-то приспособления, варьировал условия опыта. После его смерти в рабочем кабинете, который он называл музеем, насчитали 273 микроскопа и 172 линзы, 160 микроскопов были вмонтированы в серебряные оправы, 3 – в золотые. А сколько аппаратов у него погибло – ведь он пытался с риском для собственных глаз наблюдать под микроскопом момент взрыва пороха.

В начале 1673 года доктор Грааф прислал письмо на имя секретаря Лондонского королевского общества. В этом письме он сообщал "о проживающем в Голландии некоем изобретателе по имени Антони ван Левенгук, изготавливающем микроскопы, далеко превосходящие известные до сих пор микроскопы Евстахия Дивины".

Проводя свои исследования без всякого плана, ученый-самоучка сделал множество важных открытий. Почти пятьдесят лет Левенгук аккуратно присылал в Англию длинные письма. В них он рассказывал о таких поистине необыкновенных вещах, что седовласые ученые в напудренных париках с изумлением качали головами. В Лондоне внимательно изучали его отчеты. За пятьдесят лет работы исследователь открыл более двухсот видов мельчайших организмов.

Левенгук действительно сделал такие большие открытия в биологии, что каждое из них могло бы прославить и навсегда сохранить его имя в летописях науки.

Левенгук был одним из наиболее выдающихся исследователей природы. Он первый подметил, как кровь движется в мельчайших кровеносных сосудах – капиллярах. Левенгук увидел, что кровь – это не какая-то однородная жидкость, как думали его современники, а живой поток, в котором движется великое множество мельчайших телец. Теперь их называют эритроцитами. В одном кубическом миллиметре крови находится около 4-5 миллионов эритроцитов. Они играют важную роль в жизни организма как переносчики кислорода ко всем тканям и органам. Много лет спустя после Левенгука ученые узнали, что именно благодаря эритроцитам, в которых содержится особое красящее вещество гемоглобин, кровь имеет красный цвет. Очень важно и другое открытие Левенгука: в семенной жидкости он впервые увидел сперматозоиды – те маленькие клетки с хвостиками, которые, внедряясь в яйцеклетку, оплодотворяют ее, в результате чего возникает новый организм.

Но самое удивительное и самое важное открытие Левенгука не это. Он был первым, кому выпала великая честь приоткрыть завесу в неведомый дотоле мир живых существ – микроорганизмов, которые играют огромную роль в природе и в жизни человека. Отдельные наиболее прозорливые умы и ранее высказывали смутные догадки о существовании каких-то мельчайших, не видимых простым глазом существ, повинных в распространении и возникновении заразных болезней. Но все эти догадки так и оставались только догадками. Ведь никто никогда не видел таких мелких организмов.

В 1673 году Левенгук первым из людей увидел микробов. Долгие, долгие часы он рассматривал в микроскоп все, что попадалось на глаза: кусочек мяса, каплю дождевой воды или сенного настоя, хвостик головастика, глаз мухи, сероватый налет со своих зубов и т.п. Какого же было его изумление, когда в зубном налете, в капле воды и многих других жидкостях он увидел несметное множество живых существ. Они имели вид и палочек, и спиралей, и шариков. Иногда эти существа обладали причудливыми отростками или ресничками. Многие из них быстро двигались.

Вот что писал Левенгук в английское Королевское общество о своих наблюдениях: "После всех попыток узнать, какие силы в корне (хрена. – Прим. авт.) действуют на язык и вызывают его раздражение, я положил приблизительно пол-унции корня в воду: в размягченном состоянии его легче изучать. Кусочек корня оставался в воде около трех недель. 24 апреля 1673 года я посмотрел на эту воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ. Некоторые из них в длину были раза в три-четыре больше, чем в ширину, хотя они и не были толще волосков, покрывающих тело вши… Другие имели правильную овальную форму. Был там еще и третий тип организмов наиболее многочисленный, – мельчайшие существа с хвостиками".

Так свершилось одно из великих открытий, положившее начало микробиологии – науке о микроскопических организмах.

Левенгук стал одним из первых, кто начал проводить опыты на себе. Это из его пальца шла кровь на исследование, и кусочки своей кожи он помещал под микроскоп, рассматривая ее строение на различных участках тела и подсчитывая количество сосудов, которые ее пронизывают. Изучая размножение таких малопочтенных насекомых, как вши, он помещал их на несколько дней в свой чулок, терпел укусы, но узнал, в конце концов, каков у его подопечных приплод.

Он изучал выделения своего организма в зависимости от качества съеденной пищи.

Левенгук испытывал на себе и действие лекарств. Заболевая, он отмечал все особенности течения своей болезни, а перед смертью скрупулезно фиксировал угасание жизни в своем теле. За долгие годы общения с Королевским обществом Левенгук получил от него многие необходимые книги, и со временем его кругозор стал намного шире, но он продолжал трудиться не ради того, чтобы удивить мир, а чтобы "насытить, насколько возможно, свою страсть проникать в начало вещей".

"В своих наблюдениях я провел времени больше, чем некоторые думают, – писал Левенгук. Однако занимался ими с наслаждением и не заботился о болтовне тех, кто об этом так шумит: "Зачем затрачивать столько труда, какая от него польза?", но я пишу не для таких, а только для любителей знаний".

Неизвестно точно, мешал ли кто деятельности Левенгука, но однажды он случайно написал: "Все мои старания направлены к одной только цели – сделать очевидной истину и приложить полученный мной небольшой талант к тому, чтобы отвлечь людей от старых и суеверных предрассудков".

В 1680 году научный мир официально признал достижения Левенгука и избрал его действительным и равноправным членом Лондонского королевского общества – несмотря на то что он не знал латыни и по тогдашним правилам не мог считаться настоящим ученым. Позднее он был принят и во Французскую академию наук. В Делфт, чтобы заглянуть в чудесные линзы, приезжали многие известные люди, в том числе и Петр I. Публикуемые тайны природы Левенгука открыли чудеса микромира Джонатану Свифту. Великий английский сатирик посетил Делфт, и этой поездке мы обязаны двум из четырех частей удивительных "Путешествий Гулливера".

Письма Левенгука в Королевское общество, к ученым, к политическим и общественным деятелям своего времени – Лейбницу, Роберту Гуку, Христиану Гюйгенсу – были изданы на латинском языке еще при его жизни и заняли четыре тома. Последний вышел в 1722 году, когда Левенгуку было 90 лет, за год до его смерти.

Левенгук так и вошел в историю как один из крупнейших экспериментаторов своего времени. Восславляя эксперимент, он за шесть лет до смерти написал пророческие слова: "Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт".

Левенгук скончался 26 августа 1723 года.

Со времени Левенгука и до наших дней микробиология добилась большого прогресса. Она выросла в широко разветвленную область знания и имеет очень большое значение и для всей человеческой практики – медицины, сельского хозяйства, промышленности, – и для познания законов природы. Десятки тысяч исследователей во всех странах мира неутомимо изучают огромный и многообразный мир микроскопических существ. И все они чтят Левенгука – выдающегося голландского биолога, с которого начинается история микробиологии.

Прибор, открывающий тайны

Размер на фото примерно в полтора раза больше оригинала – этот микроскоп держали указательным и большим пальцами правой руки либо за раму а, либо за основной винт в. Конструкция предельно простая. Рама а – латунная или бронзовая пластина, на которой жестко крепится несущий кронштейн би ненастраиваемый окуляр ж (фактически, линза-шарик). Сквозь основной кронштейн движется опорный мост г, его положение на раме регулируется основным винтом. Опорный мост фиксируется в нужном положении прижимным стопорным винтом д, перпендикулярно упирающимся в раму. Предметный столик е (фактически, предметная игла) может вращаться в гнезде опорного моста в пределах 180 градусов, минимально изменяя положение препарата относительно окуляра.

На схеме микроскоп Левенгука лежит на лицевой стороне, то есть смотреть на препарат нужно было с плоской стороны рамы (можно сказать, снизу) - либо на просвет, либо на яркую свечу.

Как работает микроскоп Левенгука

Микроскоп Левенгука работает, как обычная лупа.

Ход лучей при рассматривании предмета через лупу показан на рисунке. Предмет АВ помещен на расстоянии, немного меньшем фокусного. Лучи от любой точки предмета после преломления в линзе образуют пучок расходящихся лучей, продолжения которых пересекаются в одной точке, создавая мнимое увеличенное изображение А1В1. Увеличение лупы G равно отношению расстояния наилучшего зрения d0 (25 см) к фокусному расстоянию линзы F: G = d/ F.

Например, лупа с фокусным расстоянием 10 см дает увеличение 2,5х, а с фокусным расстоянием 5 см - 5х. Таким образом, если мы хотим получить 250-кратное увеличение, нам потребуется линза с фокусным расстоянием 1 мм! Оказывается, такими линзами могут служить стеклянные шарики диаметром 2 - 3 мм.

В конце 1970-х годов сотрудниками кафедры общей биологии и основ генетики Новосибирского государственного медицинского института А.Мосоловым и А.Белкиным был опробован метод изготовления линз не шлифовкой, а оплавлением тонкой стеклянной нити. Такой метод позволил изготавливать линзы, вполне удовлетворяющие всем необходимым критериям и даже полностью воссоздать микроскоп системы Левенгука, хотя экспертиза его оригинальных микроскопов XVII века с целью подтвердить или опровергнуть эту гипотезу так и не была проведена. Линзы изготавливались методом оплавления конца стеклянной нити до образования стеклянного шарика, с последующей шлифовкой и полировкой одной из его сторон (плоско-выпуклая линза). Прекрасно работает как собирательная линза и стеклянный шарик. Таким образом имеется две версии изготовления линз Левенгуком (А.Д. Белкин) - с использованием метода термической шлифовки (стеклянный шарик) или после термической обработки производилась дополнительная шлифовка и полировка одной из его сторон обычным способом. Все этапы создания микроскопа были опубликованы в журнале «Наука и жизнь» №5 за 1980год, №3 за 1981год.

Выбор оборудования, материала и инструментов

Слесарные тиски

Напильник

Сверло 3.4;

Отвертка

Карандаш

Металлические пластины

Винты и гайки

Круглогубцы

Плоскогубцы

Ножници по металлу

Спиртовка

Молоток

Охрана труда

До начала работы:

Одеть спецодежду;

Проверить исправность инструментов;

Навести порядок на рабочем столе.

Во время работы:

Инструмент переносят в опущенной рукой;

Заготовка должна быть надёжно закреплена;

Во время работы разметка должна оставаться на заготовке;

Инструменты должны использоваться по назначению.

После работы:

Привести в порядок рабочее место;

Убрать инструмент;

Провести влажную уборку.

Технологическая карта изготовления микроскопа

Последовательность операций.

Эскиз

Инструменты и приспособления.

1.

Расчитать и сделать эскиз будущего прибора.

 

Карандаш, бумага, линейка.

Изготовление линзы

2.

Возьмем стеклянную трубку длиной не менее 15-20 см и диаметром 4-6мм. Прогреваем ее посередине на огне до размягчения стекла, не забывая все время поворачивать вокруг оси. Почувствовав, что трубка стала пластичной посередине, резко разведем два ее конца в стороны.

 

Спиртовка

Спички

Стеклянный стержень

3

Прогреваем кончик над пламенем спиртовки или газовой горелки, чтобы силы поверхностного натяжения образовали на его конце стеклянный шарик.

 

Спиртовка

спички

Стеклянный стержень

Изготовление корпуса микроскопа

4

Вырезаем две пластины размером 3,5 х 8 см. Толщина пластины 0,5 мм. Нижние края закругляем. Срезы зачищаем напильником.

 

Ножницы по металлу

Напильник

5

Положив одну пластину на другую, просверливаем отверстия: одно смотровое (диаметр 1-1,5 мм и распологается на 2 см от верхнего края, по центру.) и 4 - крепежное

 

Линейка

Карандаш

Дрель

Сверло

6

Стеклянный шарик поместить с помощью пинцета в углубление. Накрыть сверху второй пластиной и стянуть их с помощю заклепок из проволки.

 

Заклепки из проволоуи

Молоток

7

Собираем лицевую сторону микроскопа. Сквозь основной кронштейн движется опорный мост, его положение на раме регулируется основным винтом. Опорный мост фиксируется в нужном положении прижимным стопорным винтом, перпендикулярно упирающимся в раму. Предметный столик может вращаться в гнезде опорного моста в пределах 180 градусов, минимально изменяя положение препарата относительно окуляра.

   

Микроско нужно поднести к самому глазу и смотреть через него на какой-либо источник света.

Экономическое и экологическое обоснование

Экологическое обоснование.

Качество материалов для изготовления моего изделия характеризует их безвредностью для окружающей среды. Технология изготовления при соблюдении техники безопасности и санитарно-гигиенических норм также является безопасной. Выполненный прибор не представляет опасности окружающей среде, так как он не выделяет вредных веществ.

Экономическое обоснование.

Мне не пришлось проводить расчет количества денежных средств, так как все необходимые материалы мне предоставил папа.

Результаты и выводы.

Итак, изделие готово. Пришло время сделать выводы, добилась ли я ожидаемого результата. Мне удалось своими руками изготовить изделие, которое изначально спланировала. Изучив литературу, используя знания и умения, полученные на уроках технологии, я изготовила прибор. Сделав расчеты, поняла, как же это выгодно творить самостоятельно. Главное, верить в себя, в то, что обязательно все получится, что ни простую, ни сложную вещь нельзя сделать без любви к своей работе, без творческого подхода к делу. А творчество начинается с желания что-либо сделать своими руками.

Я достигла своей цели – изготовила модель микроскопа Левенгука, который невозможно прибрести в магазине. Было очень приятно присудствовать на уроке, где ребятам демонстрировали прибор с помощью которого Левенгук вошел в историю как один из крупнейших экспериментаторов своего времени.

Литература

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.biodan.narod.ru;

Микроскопы. Л., 1969;

Журнал «Наука и жизнь» №5 1980 год;

Журнал «Наука и жизнь» №3 1981 год;

Журнал «Наука и жизнь» №10 1982 год;

Кулагин С.В., Гоменюк А.С. и др. Оптико-механические приборы. М., 1984;

Энциклопедия для детей. Мир природы. Люди и наука.

Просмотров работы: 73