Съставен микроскоп

Да разгледаме сложните микроскопи. Първо ще разберем логиката зад тях и после ще си построим един. Да кажем, че гледаш малка амеба с невъоръжено око. Представи си, че това тук е схема на твоето око, ето тук заедно са роговицата и лещата. Колко голяма ще видиш амебата, зависи от размера на образа, образуван в ретината ти, който пък зависи от този ъгъл. Той е равен на този ъгъл, който ще наречем тита с индекс 0. И ако ъгълът тита 0 е достатъчно малък, което е така в случая с амебата, можем да кажем, че този ъгъл е приблизително равен на тази височина, h, делена на това разстояние D. В случая с амебата този ъгъл е много малък, понеже размерът на амебата е много малък, което прави тази височина изключително малка и с невъоръжено око не можем да се приближим повече от 25 сантиметра, това е близката ни точка. И, като резултат, този ъгъл става много малък и този размер в ретината става много малък, така че не можем да го видим ясно. За да увеличим този образ, някак трябва да увеличим размера в ретината, но как да го сторим? Трябва да увеличим този ъгъл. А как да увеличим този ъгъл? Нека математически разгледаме как да увеличим стойностите на тита 0. Можем да направим две неща. Първо, можем някак да увеличим височината на самата амеба. Ако някак можеш да разтеглиш амебата, да я направиш десет пъти по-голяма, този ъгъл ще стане десет пъти по-голям, което ще направи размера в ретината също десет пъти по-голям. Друго нещо, което можем да направим, е да намалим тази стойност на D, което означава, че ако се приближиш, тогава тита 0 ще се увеличи. Можем да се приближим десет пъти по-близо. Разбира се, с невъоръжено око образът тук ще е размазан, но ако някак решим този проблем с размазването и се приближиш десет пъти по-близо, тогава, отново, тита 0 ще се увеличи десетократно, което означава, че ще има общо увеличение с коефициент от 100. Размерът в ретината ти ще е 100 пъти по-голям. Сложният микроскоп прави точно това, прави общо две неща. Първо, увеличава размера на наблюдавания обект. Това е единият етап от увеличението. Второ, този микроскоп позволява на окото ти да се доближи повече от близката точка, което ти дава втори етап на увеличение, и двата заедно ти осигуряват огромно увеличение. Сега само трябва да открием как практически да построим нещо, което да прави тези неща. Да си направим място, за да построим микроскопа си. Ще оставя това някъде тук долу за справка. Това виждаме с невъоръжено око. Да намалим това. Отлично. Първата стъпка е да увеличим размера на амебата, например десет пъти. Как разтягаме амебата и я правим десет пъти по-голяма? Е, всъщност вече знаеш как да направиш това. Да кажем, че разполагаше с изпъкнала леща и държеше същото тяло между F и 2F, да кажем, много близо до F, но между F и 2F. Като начертаем лъчите, ясно виждаме, че най-горната точка бива фокусирана тук, долната част ще фокусирана някъде тук, което означава, че получаваш огромен увеличен образ, обърнат действителен образ. Колкото повече приближиш това тяло до главния фокус – ще видиш, ако начертаеш диаграмите на лъчите – толкова по-голям ще е образът. Като изберем подходящо разстояние, можем да направим този образ около 10 пъти по-голям. Сега имаме първия етап на увеличението. Можем да третираме това като нашия нов обект. Дори без втория етап, да кажем, че гледаш това директно, точно както ще гледаш този обект. Гледаш това, като поставяш тази точка точно при близката точка. Сега това този образ ще създаде около 10 пъти по-голям ъгъл тук, и, като резултат, ако начертаеш референтен лъч през оптичния център, забележи, размерът на образа в ретината ти вече е 10 пъти по-голям от това, което имаше тук. Това постигнахме в първия етап на увеличението. Един малък детайл е... може да се чудиш – лъчите светлина идват тук долу, така че как можеш да видиш това тук? Но помни, тези ъгли са изключително малки, така че тези лъчи са общо взето успоредни на главната ос. Тук преувеличихме, но важното е, че още с първия етап получихме 10 пъти по-голям образ в ретината си. Но няма да спрем тук. О, не, не. Трябва да го направим още по-голямо, за да увеличим този ъгъл още повече. Сега ще направим втория етап на увеличението. Вторият етап е да се приближим и в примера си ще се приближим около 10 пъти повече. Настоящото разстояние е около 25 сантиметра. Това е близката ми точка, така че за да се приближа 10 пъти повече, трябва да приближа окото си на 2,5 сантиметра от този образ, но как да направим това? Понеже ако сега го направим с невъоръжено око, лъчите светлина няма да са фокусирани върху ретината ни и образът ще е замъглен. Ще използваме изпъкнала леща, всъщност нека вземем изпъкнала леща с фокусно разстояние от точно 2,5 сантиметра. Сега с помощта на изпъкналата леща можем да приближим цялата система, нашето око и лещата, ето дотук, докато новият обект, тоест този образ тук... Говоря за този образ, който вече е наблюдаваният обект за нас. Обектът идва точно при главния фокус и когато се намира точно при главния фокус, тези лъчи светлина ще са успоредни едни на други и сега очите ни могат да фокусират този успореден сноп светлина върху ретината. И сега, като резултат, можеш ли да видиш, че полученият ъгъл е около 10 пъти по-голям? Ще ти покажа. Ето, забележи, ъгълът е още 10 пъти по-голям и лъчите светлина след пречупване са успоредни едни на други. Отново, тези лъчи светлина ще паднат върху очите ни, понеже са почти успоредни. Тук ги преувеличихме. И, като резултат, всички те ще бъдат фокусирани в тази точка, така че сега тази точка ще бъде фокусирана при тази точка и, като резултат, образът ни сега ще е още 10 пъти по-голям. Този уголемен размер сега е още 10 пъти по-голям, което означава, че в сравнение с това, което имахме преди, образът се е увеличил 100 пъти. Постигнахме стократно увеличение. И така изглежда сложният ни микроскоп. Преди да продължим, нека добавим нещо. Вторият етап на увеличение, при който поставихме изпъкнала леща до окото си се доближихме, всъщност е принципът на простия микроскоп, тоест тази леща действа като прост микроскоп. Говорихме за това в детайли в предишни видеа, така че ако тази част ти е неясна или ти трябва повече информация за това, ще е чудесно да се върнеш и да гледаш тези видеа, а после да дойдеш пак тук. Виждаме, че микроскопът ни се състои от две лещи. Една, за да постигнем първото увеличение, и втора, за да постигнем второто увеличение. И наименуваме тези две лещи. Тази, която е близо до обекта, наричаме обектив. Целта на обектива е да създаде голям увеличен образ. А тази леща, която стои близо до окото ни и действа като прост микроскоп, се нарича окуляр. Нарича се окуляр, понеже стои близо до окото ни и нейната работа е да постигне това. Нека ти покажа на практика. Нарисувах малка амеба на компютърния си екран и ето това виждам с невъоръжено око За да увеличим размера, трябва да увеличим това, така че ще построим сложен микроскоп. Първият етап на увеличението ще е да използваме обектив и можеш да видиш, че тук използвам обектив. Това ще създаде действителен образ. Това е изпъкнала леща. Тя ще създаде действителен образ. И ако погледна това отново директно с невъоръжено око, трябва да гледам някъде оттук, и ако погледна директно с невъоръжено око, ще видя нещо такова. Това е първият етап на увеличението. И ако го сравним с това, което имахме преди, можеш да видиш, че е по-увеличено. Не десет пъти, а само малко, понеже нямам перфектна леща тук. Можеш да видиш, че е увеличено, това е първият етап на увеличението. За да увеличим това допълнително, ще използваме окуляр, който е лупа, прост микроскоп. Ако доближим тази лупа до окото си, можем да получим още по-голям образ в ретината. Това е крайният образ – малко по-увеличен, но не много, понеже нямаме перфектна система от лещи. И симулирахме сложния си микроскоп. Крайната постановка изглежда ето така. Това е обективът ни, това е окулярът ни и това е сложният ни микроскоп. Нарича се сложен, понеже е направен от две лещи. Накрая бързо ще разгледаме увеличението, произведено от сложния ни микроскоп. В нашия пример е 100 пъти. Открихме, че с микроскопа образът в ретината е 100 пъти по-голям, отколкото без микроскопа. Имахме десетократно увеличение с обектива и още едно десетократно увеличение с окуляра. И това е произведението им. Като цяло, можем да запишем, че полученото увеличение е увеличението на обектива по увеличението на окуляра. Това, накратко, е общото увеличение на един сложен микроскоп.