Выпускаемые заводами сложные микроскопы дают увеличение в несколько тысяч раз. Конечно, такой микроскоп построить самому невозможно. Наш микроскоп будет проще, с гораздо меньшей силой увеличения, однако и он позволит производить очень интересные наблюдения.
Уже обыкновенное увеличительное стекло, или так называемая лупа, может служить простейшим микроскопом. С помощью лупы можно видеть предметы увеличенными в несколько раз. В более сложном микроскопе увеличенное изображение, даваемое лупой, рассматривается не просто глазом, а с помощью второй лупы, которая вторично увеличивает уже увеличенное изображение. Таким образом, в сложных микроскопах имеется не одно, а два увеличительных стекла, заключенных в одну общую трубку на некотором расстоянии друг от друга. Схема такого микроскопа показана на таблице 2 (в кружке). Лупа Об, направленная к рассматриваемому предмету, называется объективом, а лупа Ок, через которую производится наблюдение, — окуляром.
Таблица 2. Микроскоп.
Схема действия микроскопа
С помощью объектива изображение предмета увеличивается до размеров АВ. Это изображение рассматривается через окуляр и вновь увеличивается.
На таблице показана упрощенная схема микроскопа. В действительности объектив и окуляр состоят обычно из нескольких стекол. Чтобы построить микроскоп с заранее заданной силой, или степенью увеличения, нужно проделать предварительный математический расчет. Но расчет этот очень сложен; мы обойдемся без него и рассчитаем наш микроскоп опытным путем.
Для получения сильно увеличивающего микроскопа следует взять для окуляра и объектива сильно увеличивающие линзы. Однако при этом нужно помнить, что, по законам оптики, чем сильнее будут увеличивать линзы, тем меньшее поле будет видно в микроскоп. Поэтому не следует добиваться особенно сильного увеличения, так как в такой микроскоп будет виден слишком маленький участок и наблюдать будет неинтересно.
Это особенно относится к окуляру. Ведь окуляр предназначен для рассматривания уже увеличенного изображения предмета, и если поле, видимое через окуляр, будет очень маленьким, то, хотя увеличение будет большим, мы увидим лишь часть наблюдаемого предмета и, следовательно, не сможем составить о нем полного представления. Иное дело — объектив. Он направляется на очень мелкие предметы, поэтому для объектива можно взять более сильную линзу. Кроме того, для объектива можно взять маленькую линзу, а для окуляра следует брать сравнительно большую.
Опытный расчет микроскопа
Раздобыв две линзы — одну для окуляра, другую для объектива, нам нужно установить их на определенном расстоянии одну от другой.
Чтобы точно измерить это расстояние, можно воспользоваться несложным прибором, показанным на таблице (справа). Он состоит из миллиметровой линейки и двух движков, сделанных из жести. К каждому движку прикрепляются язычки с кольцами на концах, которые также можно сделать из жести. На нижнее кольцо кладется объектив, на верхнее — окуляр, и прибор ставится вертикально. На дощечку под объектив кладется кусочек тонкой материи, например шелка.
Установив объектив на небольшом расстоянии от предмета и приставив окуляр вплотную к глазу, будем очень плавно и медленно увеличивать расстояние между окуляром и объективом. Проделывая этот опыт, мы найдем такой момент, когда сильно увеличенное изображение предмета будет довольно хорошо видно. Тогда, не сдвигая объектива и не смещая головы, чуть отодвинем окуляр от глаза, приблизив его к объективу. Изображение станет вполне четким. Это и есть нужное положение.
Проведя наблюдение, легко сосчитать по линейке расстояние между окуляром и объективом. Запомнив или записав найденное расстояние, продолжим опыт. Осторожно приближая объектив к предмету, будем тем же путем — перемещением окуляра — искать положение наиболее ясного видения.
Проделывая это, мы заметим, что с приближением объектива к предмету степень увеличения будет возрастать, однако при этом расстояние между объективом и окуляром будет быстро увеличиваться и может достигнуть слишком больших размеров. Видимое в микроскопе поле при этом будет уменьшаться.
Наконец, когда расстояние между объективом и предметом станет слишком коротким, изображение в микроскопе получить будет невозможно; поэтому приближать слишком сильно объектив к предмету не следует.
На этом опыте мы убедились в том, что, изменяя расстояние между объективом и предметом, можно изменять (правда, в небольших пределах) степень увеличения, даваемого микроскопом. Значит, лучше сделать микроскоп так, чтобы расстояние между предметом и объективом можно было в некоторых небольших пределах менять. Соответственно этому и окуляр нужно вмонтировать в трубку так, чтобы расстояние между ним и объективом также можно было изменять в некоторых пределах. Такое устройство необходимо также и для наводки на резкость, или на фокус.
Если при измерении расстояний будет допущена небольшая ошибка, это не беда. Такая ошибка не страшна, так как трубки для окуляра и объектива можно сделать чуть подлиннее — это даст необходимый запас для передвижения объектива и окуляра.
Какие нужны линзы
Какие же линзы более всего подходят для самодельного микроскопа?
Для объектива нужно постараться достать сильно увеличивающую линзу — с очень коротким фокусным расстоянием. У совершенных, дорогих микроскопов фокусное расстояние объектива не превышает 2 Такие объективы состоят иногда из десяти линз; одну линзу с таким фокусным расстоянием подобрать очень трудно, и работать она будет плохо; мы возьмем линзу с фокусным расстоянием в 20–25 мм. Диаметр этой линзы может быть не больше 6–7 мм. Если линза большего диаметра, края ее можно закрыть диафрагмой — черным бумажным или картонным кружком с отверстием в середине диаметром 6–7 мм.
Для окуляра нужно взять линзу с фокусным расстоянием в 75–80 мм и диаметром не меньше 20 мм. Микроскоп, построенный из таких линз, дает увеличение в тридцать-сорок раз и будет при этом не очень велик — длина трубки получится примерно 15–20 см. Раздобыв нужные линзы, картон, клей, тушь, приступим к постройке.
Конструкция микроскопа
Детали самодельного микроскопа даны на таблице, слева, а общий вид — в верхнем углу, справа. Микроскоп состоит из двух плотно вдвигающихся друг в друга трубок 1 и 2.Трубки эти лучше всего склеить из плотной бумаги, свернув ее в три четыре слоя. Внутренние поверхности трубок надо покрыть черной тушью.
Наружная трубка имеет донышко с круглым отверстием 3 в центре. Перед этим отверстием укреплена небольшая трубка 4, на конце которой укрепляется объектив 5. Внутренняя трубка 2 в верхней части имеет кольцо 6 с укрепленным в ней окуляром 7.
Так будет выглядеть наш микроскоп, если его линзы будут небольшого диаметра (примерно такими, как было указано выше).
Для укрепления линз нужно вырезать из картона два узких кольца по диаметру линзы. Одно кольцо вклеивается внутрь трубки, а когда клей подсохнет, на кольцо кладется линза и поверх нее вклеивается второе кольцо. Укрепленные таким образом линзы держатся очень прочно.
С помощью держателя 8, изготовленного из жести и плотно обнимающего трубку эта трубка скрепляется с вертикально стоящим круглым деревянным стержнем Муфта 10 держателя, надевающаяся на стержень 9, должна легко передвигаться вдоль стержня, но по возможности не качаться на нем. Для этого стержень и муфту нужно сделать гладкими, правильной цилиндрической формы. Сбоку этой муфты укрепляется крепящий винт с помощью которого трубку микроскопа можно закреплять на любом расстоянии от предметного столика 12. Для ввинчивания крепящего винта в муфте нужно сделать отверстие, а перед отверстием припаять гайку. Предметный столик делается из фанеры. Это просто небольшая дощечка с отверстием 13, которое должно быть расположено точно под объективом.
Отверстие в столике нужно для тех случаев, когда рассматриваются прозрачные предметы. Такие предметы (например крыло мухи) обычно зажимают между двумя тонкими стеклами. Для скрепления предметного столика со стержнем 9 в нем делается пропил по толщине столика и столик на клею укрепляется в пропиле. Наконец, чтобы микроскоп был устойчив, стержень 9 нижним концом укрепляется в подковообразной подставке 14, Сделанной из толстой доски.
Вот и все несложное устройство микроскопа. Пользоваться им очень легко: предмет помещают на стекле или на картонке под объективом; затем приближают объектив к предмету и, укрепив муфту, начинают перемещать окуляр вверх и вниз, передвигая внутреннюю трубку до тех пор, пока не будет достигнуто ясное видение.
Как пользоваться микроскопом
Для точной наводки объектива, что с помощью держателя производить трудно, лучше объектив, так же как и окуляр, вклеить в отдельную небольшую трубочку, плотно вдвигающуюся в трубку 4, и производить точную наводку с помощью этой добавочной трубки.
Очень важно при постройке микроскопа соблюдать аккуратность и точность. Нужно следить за тем, чтобы окуляр, объектив и предметный столик располагались точно друг против друга.
Изображение в нашем микроскопе, как и во всех микроскопах, получается перевернутым, но это не имеет никакого значения, так как рассматриваемый предмет можно расположить на предметном столике как угодно.
Видимость в микроскопе сильно зависит от освещения предмета. Свет должен быть ярким, сильным; микроскоп нужно ставить по отношению к свету (окну или лампе) так, чтобы тень от трубки объектива не падала на предмет.
Лучше, конечно, пользоваться не дневным светом, а электрической лампой. Ее можно поместить очень близко к микроскопу и достаточно ярко осветить предмет. Если предмет прозрачен, то под предметным столиком помещается листок белого картона или, еще лучше, небольшое карманное зеркальце. В таких случаях нужно добиваться, чтобы свет не падал на предмет сверху. Для этого микроскоп ставится так, чтобы тень от стержня или трубки закрывала предметный столик.
Зеркало можно укрепить и на самом микроскопе, под предметным столиком. Удобнее всего сделать это с помощью держателя от радионаушников. Такое устройство позволит придавать зеркалу любой наклон и отражать свет на рассматриваемый предмет независимо от того, где находится лампа.
Пользуясь этим микроскопом, можно рассмотреть строение крыла мухи, листа, срезов стебля, увидеть клеточное строение растения, грибницу, плесень. В капле болотной воды можно увидеть наиболее крупных простейших: инфузорий, мелких рачков, водоросль вольвокс и т. п.