VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Микроскоп своими руками
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Каждый любознательный школьник хочет почувствовать себя ученым, погрузиться в невероятный мир науки и узнать, как в мельчайших деталях выглядит всё, что нас окружает. Микроскоп помогает увидеть этот микромир своими глазами и изучить его. Этот прибор прошел долгий путь от простой трубки с двумя линзами, в котором было увеличение не более, чем в 5 раз, до суперсовременного электронного устройства с увеличительными способностями в несколько тысяч раз. Тема моего исследования актуальна потому, что благодаря микроскопу современные ученые теперь способны провести анализ крови человека, выявить виновников заболеваний человека, рассмотреть бактерии и вирусы.
Объект моего исследования – микроскоп.
Новизна исследуемой темы отражена в том, что в последние годы при помощи этого устройства были совершены невероятные открытия, которые отразились на всём человечестве и ученые ежегодно совершенствуют этот полезный увеличительный прибор. Например, в декабре 2018 года микробиологи благодаря микроскопу обнаружили новые виды бактерий в образцах, взятых на Международной Космической Станции. Эти бактерии устойчивы ко всем известным видам антибиотиков. И этот факт заставил исследователей приступить к созданию новых видов антибиотиков, а значит к новым открытиям. А в этом как раз отражена практическая значимость моего исследования, ведь подготовленный мной исследовательский материал может подтолкнуть моих одноклассников к более глубокому изучению микроскопов, а в будущем, возможно, к научным открытиям.
Обзор использованной литературы
Изучить окружающий нас невидимый мир мне помогла книга знаний Ольги Мазур «Невидимый мир» [5]. А благодаря иллюстрированному путеводителю «Удивительный микроскоп» [6] этого же автора мне удалось понять, как же устроен самый главный прибор, который позволяет изучать этот микромир.
Мир, который мы каждый день видим своими глазами - это наша реальность. Но коллекция фотографий, сделанных через мощные линзы цифрового микроскопа открыла для меня другую вселенную. Хоть эта вселенная и маленькая, но она очень интересная. Я долго рассматривал фотографии раздела «микромир» на сайте www.bigpicture.ru [10] , потому что они завораживают и вдохновляют. Больше всего меня удивили изображения кристаллов меди, полированных полудрагоценных камней и снежинок, увеличенные до невероятных размеров Я никогда раньше не мог себе даже представить, что окружающие нас предметы могут так выглядеть при увеличении под микроскопом.
Очень познавательной оказалась детская энциклопедия «Микромир» автора Кирстин Роджерс [4]. В этом источнике доступно и понятно рассказано про бактерии, вирусы, и про клетки растений под микроскопом.
Любое незнакомое или не очень понятное слово я легко находил в электронной энциклопедии Википедия ru.wikipedia.org/ [9] и на сайтах www.вокабула.рф [12], www.krugosvet.ru [11].
Цель, задачи, гипотеза
Цель моего исследования: собрать микроскоп своими руками и узнать его возможности.
Для достижения цели сформулированы задачи проекта:
Узнать, кем и как был изобретен первый микроскоп.
Изучить, для чего нужен микроскоп, как он устроен и что в него можно увидеть.
Провести эксперимент по созданию собственного микроскопа.
В основу исследования положена гипотеза:
Микроскоп можно создать самостоятельно в домашних условиях.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
Моё первое знакомство с увеличительной линзой
Мой дедушка чинит технику и у него всегда с собой есть увеличительная лупа. Однажды он показал мне, как выглядит экран телефона под этой лупой. Я посмотрел в лупу на включенный дисплей [1, стр. 70] своего телефона и увидел, что он состоит из множества маленьких прямоугольников трёх цветов: красные, зелёные и синие.. Что бы узнать, что же это такое, я обратился к энциклопедии [8, стр. 199], в которой прочитал, что такой прямоугольный элемент изображения в дисплее телефона называется пикселем. Получается, что под лупой я сумел разглядеть мельчайшие пиксели, из которых и состоит дисплей телефона, которые невооруженным взглядом рассмотреть не удастся.
Мне стало интересно, почему просто посмотрев глазами на экран этого не видно, а под лупой всё увеличивается. Дедушка рассказал, что лупа [3, стр. 150] – это линза, которая увеличивает всё, на что бы я не посмотрел. А если таких линз будет несколько, то это будет уже мощный микроскоп. В детской энциклопедии [6, стр. 14] я прочитал, что в микроскоп можно даже рассмотреть микробов, которые живут на наших руках. Этот факт меня заинтересовал, и я решил подробнее изучить увеличительные приборы.
Существует несколько разновидностей увеличительных приборов, такие как: лупа, микроскоп, подзорная труба, бинокль, телескоп [Приложение 1]. Все они состоят из специальных выпуклых линз, расположенных в оправе и имеющих разную степень увеличения. Меня больше всего заинтересовал именно микроскоп.
В энциклопедии [6, стр. 8] я прочитал, что Микроско́п – это прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений объектов, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом.
История создания микроскопа
В XVI веке мастер по изготовлению очков Захарий Янссен создал первый микроскоп из обычной трубки с двумя линзами на концах. Этот простой микроскоп увеличивал в 3-7 раз и стал основой для создания более сложных приборов.
Уже в 1609 году итальянский учёный Галилео Галилей доработал прибор Янссена [Приложение 2], заменив одну из выпуклых линз на вогнутую. Он называл его «оккиолино» - маленький глаз. Трубка микроскопа была изготовлена из дерева, картона и кожи и прибор ставился на трехногую подставку из металла. Это устройство увеличивало примерно в 9 раз.
В 1665 году Антони ван Левенгук описал живые организмы, которые увидел при помощи своего простейшего микроскопа с одной линзой. Изобретение Левенгука [Приложение 2] представляло собой две маленькие пластины, между которыми помещалась линза, а предмет исследования прикреплялся на специальную иглу, которую можно было перемещать с помощью винта.
Он придумал линзы, которые увеличивали в 275 раз. Это были маленькие стеклянные капельки, которые получались при плавлении стеклянных нитей, а затем шлифовались. Учёные частично разгадали секрет его линз только в 1970 году.
Устройство микроскопа
Для того, что бы правильно использовать световой микроскоп, нужно ознакомиться с его строением и изучить принцип работы. В справочнике [6, стр. 8] я посмотрел устройство микроскопа и выяснил, что он включает в себя объектив, предметный столик, осветитель, окуляр, штатив, основание. [Приложение 3]. Если посмотреть на микроскоп в целом, то это всего лишь мощное увеличительное стекло. Увеличение происходит благодаря двум линзам, одна из них расположена в объективе, а другая – в окуляре. При этом мощность этих линз написана на их оправе, а чтобы узнать мощность микроскопа, нужно всего лишь перемножить цифры, написанные на окуляре и объективе. Окуляр и объектив расположены на разных концах полой трубки. Под объективом находится предметный столик, на который необходимо помещать исследуемый объект. Предметный столик можно приближать или отдалять от объектива при помощи специальных винтов. Под предметным столиком находится зеркало, благодаря которому можно регулировать поток света на объект, лежащий на предметном столике.
Что можно увидеть в микроскоп?
В микроскоп можно рассматривать листву деревьев и лепестки цветов, крупинки соли, кристаллы сахара, срезы фруктов, кожицу овощей, даже плесень и насекомых. Очень интересно выглядят увеличенные крылья бабочки, различные бактерии, бытовая пыль, шерсть животных [Приложение 4]. Я очень вдохновился этими невероятными изображениями из детской энциклопедии и задумал провести эксперимент по созданию микроскопа в домашних условиях.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА
Эксперимент по созданию микроскопа
Я подготовил всё необходимое и приступил к созданию собственного микроскопа [Приложение 5]. Для этого мне понадобились:
Дощечка-подставка
Зеркальце
Пластилин
Пищевая фольга
Ножницы
Шприц с водой и иглой
Карманный фонарик
Скотч
Стеклянный стакан
Изучив устройство микроскопа, я предположил, что можно по аналогии воссоздать его из подручных материалов. На деревянную дощечку я прикрепил зеркальце под наклоном при помощи пластилина [Приложение 6].
Напротив зеркала установил включённый фонарик, так, что бы свет отражался от зеркала вертикально вверх. Конструкция не должна быть слишком большой по размеру, поэтому фонарик нужно подобрать миниатюрного размера. Отлично подойдет плоский светодиодный фонарик-брелок с батарейками.
Затем получившуюся конструкцию я накрыл стеклянным стаканом, предварительно перевернув его вверх дном. Дно стакана будет служить моим предметным столиком, на который я потом буду выкладывать предметы для исследования [Приложение 6].
Затем я отрезал лист фольги размером с альбомный лист и сложил его в несколько слоёв гармошкой [Приложение 7]. У меня получилась длинная плотная полоска, в ней я проделал небольшое отверстие иглой от шприца. Желательно, что бы отверстие было круглым и имело ровные края. Чем меньше отверстие, тем больше будет увеличение. Через большое отверстие капля просочится, поэтому иглу я подобрал тонкую. Эту полоску я согнул в П-образную форму и закрепил при помощи скотча на перевёрнутый стакан, так, что бы между фольгой и донышком стакана был 1-2 сантиметра.
Мой микроскоп готов! Аккуратно капаю капельку воды из шприца на отверстие в фольге. Капелька будет служить увеличительной линзой.
Фантик от конфеты под микроскопом
С помощью изготовленного мной микроскопа я открыл для себя нечто интересное и необычное. И первым делом решил рассмотреть под микроскопом совершенно неожиданный предмет - полупрозрачный фантик от конфеты [Приложение 8]. При помощи специального пинцетного зажима я аккуратно положил фантик на дно стакана, которое служит моим предметным столиком и посмотрел на него через каплю воды. Мне удалось разглядеть на фантике красивые буквы. Под микроскопом они показались мне большими! Благодаря тому, что фантик был частично прозрачным, свет от фонарика проходил хорошо и при передвижении фантика были хорошо заметны буквы. Моя линза работает, а это означает, что мой эксперимент удачный!
Кожица чеснока под микроскопом
Затем я вспомнил, что в книге [5] под микроскопом рассматривалась кожица лука. Я решил провести аналогичный эксперимент. Аккуратно снял сухую кожицу чеснока и приступил к изучению [Приложение 9]. Невероятно, но мне удалось рассмотреть под микроскопом кожицу чеснока. Конечно, клетки разглядеть не удалось, но все прожилки и бороздки просматривались чётко! При рассматривании кожицы невооруженным взглядом, кажется, что это всего лишь шелуха, но через каплю видно, что между прожилок есть влага. Из энциклопедии я узнал, что чешуйки-листья служат для запасания воды и питательных веществ [5].
Верёвочка под микроскопом
Очень увлекательно было рассмотреть в мой микроскоп верёвочку. Для этого мне понадобилось отрезать 10 сантиметров нейлоновой тонкой веревочки [Приложение 10]. Один конец я закрепил специальным пинцетом, а другой кончик пропустил между предметным столиком и фольгой. При рассмотрении через каплю воды было отчетливо видно сплетение волокон, через них хорошо проходил свет и я даже разглядел подобие косички в сплетении волокон.
Мой микроскоп работает! Исследование завершено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
У меня получилось создать свой микроскоп в домашних условиях с линзой из капли воды! Правда микробов и бактерий на своих руках я не смог разглядеть, ведь для этого необходима очень мощная увеличительная линза. Но всё же, моя гипотеза подтвердилась: и дома можно создать свой простейший микроскоп из подручных материалов. В таком микроскопе можно рассмотреть такие предметы, которые имеют воздушную пористую структуру, либо очень тонкие и полупрозрачные объекты, которые легко пропускают свет. После изучения интереснейших энциклопедий я сделал вывод, что создание микроскопа позволило человечеству встать на следующую ступень развития, спасти миллионы жизней, создать лекарства. При помощи микроскопов проводятся сложные операции на глазах и других органах. Благодаря этому уникальному прибору врачи изучили строение тканей человека и распознали причины многих заболеваний. Практическую значимость исследования можно определить кратким выводом, о том, что чем больше накапливается знаний, полученных при помощи микроскопов, тем дальше шагает наука и тем стремительнее происходят всё новые и новые открытия. Проведение такой исследовательской работы и реализация практической части путём создания микроскопа в домашних условиях может подтолкнуть каждого любознательного школьника к более глубокому изучению естественных наук.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
Печатные издания:
Ермолович А. В. // Большая российская энциклопедия. Том 9. Москва, 2007, стр. 70
Завязкин О. «Микромир», КРИСТАЛЛ-БУК, 2016 г.
Короленко П. В. ЛУПА // Большая российская энциклопедия. Том 18. Москва, 2011, стр. 150
Кирстин Роджерс Детская энциклопедия «Микромир», Росмэн, 2017 г.
Мазур О.Ч. «Книга знаний. Невидимый мир», Levenhuk Press, 2016 г.
Мазур О.Ч. «Удивительный микроскоп: иллюстрированный путеводитель», Москва: ЭКСМО, 2015 г. – 96 с.: ил. – (Занимательная энциклопедия).
Райнер Кете «Микроскоп» серия «Зачем и почему», Мир книги, 2007 г.
Шилов В. В. // Большая российская энциклопедия. Том 26. Москва, 2014, стр. 199
Электронные источники сети интернет:
ru.wikipedia.org/ Википедия – свободная энциклопедия Wikimedia Foundation, Inc. 2018 г.
www.bigpicture.ru // Микромир // крупнейший информационно-развлекательный блог Рунета. 2019 г.
www.krugosvet.ru/ «Энциклопедия Кругосвет» / Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия 1997 – 2018 г.
www.вокабула.рф/ «Энциклопедия Кольера – Микроскоп» / Вокабула – Энциклопедии, словари, справочники – онлайн 2013 – 2015 г.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1«Виды увеличительных приборов»:
Приложение 2 «Микроскопы Г.Галилея и А.Левенгука»:
Приложение 3 «Устройство современного микроскопа»:
Приложение 4 «Что можно увидеть в микроскоп?»:
Приложение 5 «Материалы для изготовления микроскопа»:
Приложение 6 «Изготовление микроскопа»:
Приложение 7 «Микроскоп готов!»:
Приложение 8 «Буквы под микроскопом»:
Приложение 9 «Кожица чеснока под микроскопом»:
Приложение 10 «Нейлоновая верёвочка под микроскопом»: