Насколько хорошо вам знакомы увеличительные приборы? 5 класс средней школы - это время, когда мы впервые знакомимся с ними. На уроках детям рассказывают самое основное об их устройстве и создателях. Не хотите ли вы углубить свои знания о них? А может быть, вы готовите урок на тему "Увеличительные приборы" (5 класс)? В любом случае нам есть о чем вам рассказать.
Древние линзы
История открытия увеличительных приборов начинается в далеком прошлом. До нас дошла большая плосковыпуклая линза - одна из самых древних. Ее диаметр - 55 мм, а фокусное расстояние - около 150 мм. Она была изготовлена из горного хрусталя за 2,5 тыс. лет до н. э. Ее обнаружил в 1890 году Г. Шлиман при раскопках Трои. Примерно в 600-400 гг. до н. э. начали изготавливать стеклянные линзы. Они были обнаружены в Саргоне (это Месопотамия). В Швеции в 1877 г. была найдена двойная линза диаметром 5 см, выпуклая с обеих сторон. Она относится к 500 году н. э. Можно долго продолжать список древних линз, которые удалось обнаружить исследователям. История открытия увеличительных приборов располагает множеством фактов. Несмотря на это, о том, как они использовались в те времена, можно лишь строить предположения.
Вклад Роджера Бэкона
Современные ученые ознакомились с доскональным описанием линз, выполненным Роджером Бэконом, монахом францисканского ордена (годы жизни - 1214-1294 гг.). Он был выпускником Оксфордского университета, а также прославился как видный мыслитель и ученый. Линзы, согласно его труду, использовались для увеличения изображения. Из перевода фрагмента сочинения следует, что Бэкону удалось правильно описать действие линз, которые служили обратным телеобъективом (речь идет об описании зрительной однокомпонентной трубы).
Заслуга Галилео Галилея
История открытия увеличительных приборов немыслима без имени этого человека. Примерно через 300 лет после смерти Бэкона Галилео Галилей, известный ученый из Италии, создал похожую трубу. Она была не трех-, а двухкомпонентной. Практически "сверстником" такой зрительной трубы является микроскоп. Принято считать, что он обязан своим появлением Галилею. Галилео раздвинул зрительную трубу и заметил, что мелкие предметы в таком состоянии можно хорошо увеличить. Д. Вивиани подтверждает, что микроскоп изобрел именно Галилей. Вивиани, кстати, написал биографию этого итальянского ученого.
Важным для науки событием была отмечена история открытия увеличительных приборов в 1625 году. Именно тогда Фабер, член римской Академии, впервые употребил сам термин "микроскоп" по отношению к сделанному Галилеем изобретению.
Что создали Дребель и Алькмар, разработки Торе и Гука
История открытия микроскопа продолжается работами К. Дребеля и Алькмара. Эти голландские ученые сконструировали прибор, который состоял из двух выпуклых линз. Благодаря этому изображение предмета, который рассматривался под ним, было представлено в перевернутом виде. Этот сложный микроскоп, имевший двояко- или плосковыпуклый окуляр, а также двояковыпуклый объектив, считается предшественником сложных микроскопов более позднего времени (один из них представлен на фото ниже).
Итальянец Торе примерно в 1660 году изготовил шарообразные лупы из застывших капель стекла. История открытия микроскопа немыслима без этого имени, поскольку созданные итальянцем лупы позволили увеличивать предметы в полторы тысячи раз.
Говорит ли вам о чем-то еще одно имя - Роберт Гук? Этот английский ученый внес большой вклад в открытие увеличительных приборов. Роберт Гук усовершенствовал их настолько, что это стало одним из знаменательных событий в истории оптики. Схема микроскопа Гука представлена на фото ниже.
Благодаря этому изобретению в 1665 году Роберту удалось впервые увидеть клетки на срезе пробки. Так, важное техническое средство получила такая наука, как биология. Увеличительные приборы продолжил совершенствовать Левенгук. Расскажем и о нем.
Левенгук и его достижения
Заметный вклад в историю развития увеличительных приборов внес А. В. Левенгук, голландец, проживавший в таком городе, как Дельфт. Годы его жизни - 1632-1723 гг. Он самостоятельно сконструировал и использовал в исследованиях простые микроскопы (одна из моделей таких приборов представлена ниже), способные увеличивать до трехсот крат.
Именно Левенгук первым составил описание микроскопических организмов (включая и одноклеточных бактерий), опираясь на свои наблюдения. В 1698 году Петр I, русский царь, нанес визит этому знаменитому исследователю. Петр находился в то время в Голландии и, как известно, интересовался всем новым. Для своей Кунсткамеры, открытой им в Петербурге, он закупил несколько сложных и простых микроскопов. А гораздо позже, уже после открытия Академии наук, они были переданы в распоряжение этой организации.
Работы русских ученых из Академии наук
В урок "Увеличительные приборы" следует включить также рассказ о достижениях в оптике представителей нашей страны. Перспективные русские ученые, работой которых руководил М. В. Ломоносов, стали применять в биологических исследованиях купленные Петром I микроскопы. А впоследствии они активно участвовали в их усовершенствовании.
Открытие увеличительных приборов продолжилось в 1747 году. Именно тогда Л. Эйлер, член Академии наук Петербурга (годы жизни - 1707-1783 гг.), предложил использовать для микроскопа ахроматический объектив. Фундаментальный труд этого ученого в сфере геометрической оптики - "Диоптрика". Он состоит из трех томов, которые были изданы в 1769-1771 гг. Новый микроскоп, уже ахроматический, был выпущен в 1802 году, после того, как была опубликована работа Элинуса (тоже члена Академии наук г. Петербурга).
Такой микроскоп в то время считался совершенным до такой степени, что ученые даже не допускали мысли о том, что его можно улучшить. Открытие это наделало много шума в то время. Устройство увеличительных приборов Элинуса было следующим. Они были снабжены шестью объективами, имелась возможность изменения увеличения плавно, менялось расстояние от предмета до изображения. Именно в нашей стране родилась и воплотилась в жизнь важная для науки идея ахроматического микроскопа, имеющего переменное увеличение. Однако этот замысел в дальнейших разработках не прижился. Изменение увеличения прибора с помощью регулирования длины тубуса, тем не менее, было важной идеей, внесшей существенный вклад в историю развития оптических приборов. Сегодня один из микроскопов, созданных Элинусом, можно увидеть в Политехническом музее Москвы, который относится к Институту истории, естествознания и техники. На фото ниже представлены увеличительные приборы, относящиеся к 18-му веку.
Дальнейшее усовершенствование микроскопов
И. Г. Тидеман, немецкий оптик из города Штутгарта, в начале 19-го века принялся за создание двух ахроматических микроскопов. Университет Дерпта (сегодня он носит название Тарту) выделил ему денежные средства на осуществление работ. В 1808 году были выпущены эти приборы.
В 1807 году, за год до создания ахроматических микроскопов, Ван Дейл, голландский оптик, опубликовал свой труд. В нем было представлено описание конструкции ахроматического микроскопа, созданного им. Западноевропейские историки считают, что первым таким прибором удовлетворительного качества был созданный именно этим ученым микроскоп. Однако он по всем параметрам уступал сконструированному Элинусом. Кстати, ахроматические микроскопы И. Фраунгофера, выпущенные в 1811 г., отличались еще более несовершенной конструкцией, если сравнивать их с микроскопами Элинуса.
Русские микроскопы в 19-м веке
В первой половине 19-го века увеличительные приборы выпускались уже во многих местах на земле. В России их производство началось еще в 18-м веке, однако поутихло к началу 19-го столетия. Известно, что примерно в 1820 году довольно высокого качества микроскопы производила мастерская по изготовлению оптики, находившаяся при Казанском университете. Однако в России все-таки не наблюдалось бурного развития этой отрасли промышленности, поскольку правительство того времени полагало, что оптимальным вариантом является покупка увеличительных приборов за рубежом.
Вклад в оптику Джамбаттиста и Амичи
Амичи Джамбаттиста (годы жизни - 1786-1863 гг.) - известный итальянский ученый-оптик, астроном и ботаник. Многие годы своей жизни он посвятил развитию микроскопии. В 1827 году Амичи сам сконструировал и сделал ахроматический объектив, имевший апертуру 0,60 и хорошую коррекцию аберраций. Этот же ученый в 1844 году приступил к опытам по применению водной и масляной иммерсий. Благодаря им был начат выпуск объективов с числовой апертурой 1,30 и водной иммерсией.
Микроскопы Аббе
Приборы с масляной иммерсией, имеющие апертуру 1,50 (которые используются и по сей день), начали выпускаться благодаря работе Эрнста Аббе, немецкого оптика. Он изобрел закон синусов, с помощью которого была устранена кома, наблюдавшаяся в малых линейных полях. Э. Аббе продолжил развивать теорию формирования изображения в увеличительном приборе. Он прояснил и вопрос разрешающих способностей этих аппаратов. Аббе был руководителем работ по созданию целой серии ахроматических микрообъективов высокого качества. Их числовая апертура достигала 1,50. Эти приборы были выпущены в Йене фирмой "К. Цейс" (в 1872 году). Эта же компания под руководством Э. Аббе сделала 8 апохроматов. А в 1888 году ее сотрудники разработали апохромат, который обладал апертурой 1,60 и имел монобромнафталиновую иммерсию.
Последние крупные достижения в оптике
Русские ученые Д. С. Рождественский и Л. И. Мандельштам развили теорию Эрнста в своих трудах. Важная заслуга Рождественского состояла в том, что он ввел понятие относительной некогерентности освещения. Р. Рихтер, сотрудник фирмы "К. Цейс", разработал и получил патент на особое осветительное устройство, используемое в микроскопе. Однако и по сей день актуальна проблема оптимального соотношения параметров сменных объективов и системы освещения. Отечественные микроскопы сегодня ничем не уступают по техническому исполнению и оптическим параметрам приборам, созданным известными компаниями за границей.
Итак, мы кратко изложили историю возникновения современных микроскопов. Разрабатывая урок "Увеличительные приборы" (5 класс), вы можете воспользоваться представленной в статье информацией.
