A fény útján a láthatatlan kicsi tárgyak birodalmában
A mikroszkóp

 

A vetítőgép mint mikroszkóp

Mikroszkóppal a kicsiny, szabad szemmel néha nem is látható tárgyakat 1000 - 2000-szeresre nagyíthatjuk.
Működése azonnal érthető, ha a moziban látott, kivetített képre gondolunk. Mi egyik kísérletünkben az izzószál képét vetítettük nagyítva a falra. A mozigép pedig egy erősen megvilágított filmszalag képét vetíti a mozivászonra egy lencse segítségével.

A filmszalag 36 milliméter szeles. Legyen a mozivásznon látható kép szélessége 3,6 méter = 3600 milliméter. Akkor 3600: 36 100-szorosan nagyított képet látunk.
Tegyük fel, hagy a nézők közül valaki még jobban nagyított képet akar látni. Akkor a kezébe vesz egy nagyítólencsét, és ezen át nézi a mozivásznon levő képet. Ha a szeme elé tartott nagyítólencse 10-szer nagyít, akkor a vetítőgép lencséje által már 100-szorosra nagyított képet még 10-szer nagyobbnak látja. Az összes nagyítás tehát 100 . 10 = 1000-szeres.

Az üveglemezen levő kis tárgyat erősen átvilágítjuk, és képét egyetlen nagyítólencse segítségével óriásira nagyítva a falra vetítjük.
Ez a mikroprojektor.

Tudományos előadásokon, sok ember számára valóban így tesszük láthatóvá a képet (ábra). Például a tejben levő zsírszemecskék átmérője 1 - 2 ezredmilliméter. Szabad szemmel nem láthatók. De cseppentsünk egy csepp tejet üveglemezre. Jól világítsuk meg alulról ezt a tejcseppet és egy lencsével vetítsük 100-szorosra nagyított képet a mennyezetre. Ha a lencse jó minőségű, akkor a zsírcseppek mint 1,5 - 10 milliméter átmérőjű köröcskék jelennek meg a vetített képen. Kitűnően láthatók. Szinte élni látszanak: rezegnek, nyüzsögnek, táncolnak.

 

Használjunk két lencsét!

De ha csak magunk akarjuk nézni a képet, akkor nincs szükség arra, hogy a kép több méter távolságban jelenjék meg, például 100-szoros nagyításban.
Milyen vetítőlencsét kell használni, hogy kis távolságban is erősen megnagyított, vetített képet kapjunk?

Bárki meggyőződhet arról, hogy ha egyre domborúbb (kisebb fókusztávolságú) lencsével vetíti ki a villanylámpa izzószálának képét - annál közelebb jelenik meg az óriásira nagyított kép. Ha igen domború kis lencsét használunk (fókusztávolsága 5 - 7 mm), akkor az üveglemezen levő tárgynak a kb. 30-szorosra nagyított képe már 15 - 21 cm távolságban megjelenik (ábra). Nézzük most felülről egy nagyítón át ezt a képet, akkor még jobban megnagyíthatjuk.
Például ha szemünk előtt 10-szeresen nagyító lencse van, akkor a látott kép 30 . 10 = 300-szorosan nagyított és készülékünk, a mikroszkóp kis helyen elfér.
Szerencsére nincs szükség arra, hogy azt a 30-szorosan nagyított képet előbb papírlapra vetítsük és utána nagyítón át vizsgáljuk. Ha ugyanis az ernyő helyére szemünket tesszük, akkor is látjuk az első lencsével felnagyított fordított állású képet.

A mikroszkóp. - A tárgy- lencse alá tett igen kicsiny rovar 30-szorosra nagyított képét a 10-szeresen nagyító szemlencsén (okuláron) át nézzük. Így 300-szorosan nagyított képet látunk

 

Kísérletezzünk a legegyszerűbb mikroszkóppal

Valóban megláthatjuk a szinte tetszés szerinti mértékben megnagyított fordított, valódi képet. Vegyünk kézbe egy nagyítólencsét (5 - 10-szeres, vagyis 2 - 5 cm gyújtótávolságú nagyító legyen). Tartsuk nyomtatott szöveg fölé, de most szemünket ne a nagyítóhoz közel tegyük, hanem 30 - 40 cm távolságról nézzük a betűket. A nagyítólencsén át - mint ismeretes - a betűk egyenes állású, nagyított képét látjuk, ezt eddig is tudtuk.
Ezután lassan emeljük a lencsét (szemünk most is 30 - 40 cm-re legyen a betűktől). A betűk egyre nagyobbodnak... végül egy betű akkora lesz, mint az egész lencse. . . emeljük tovább a lencsét. Egyszer csak megjelenik a betűk fordított képe.
Tartsuk úgy a lencsét (közelítve-távolítva a betűkről), hogy ezek a fordított állásban megjelenő betűk nagyok legyenek. Ez az a valódi nagyított kép, ami vetítéskor megjelenik a falon vagy a mozivásznon.
Most következik a meglepetés... Másik kezünkbe vegyünk egy másik nagyítólencsét. Ezt tartsuk közvetlenül szemünk elé, ás nézzük ezen a második lencsén át az első lencsén át látott képet. Egy kis próbálgatás után meglepődünk, hogy milyen erősen nagyított és tiszta képet látunk.
A betűk közelébe tartott lencse objektív, a szemünk előtt levő lencse neve okulár (objektum = tárgy, okulusz = szem).
A két lencsét kézben tartani kényelmetlen, azért egy cső két végébe helyezik őket (mikroszkópcső) ás a csövet egy csavarral fel-le mozgatható állványra erősítik.
Kísérletünkben tapasztaltuk, hogy azt az alul levő lencsét a betűktől (a tárgytól) alkalmas távolságra kell tartani. Ezért az alsó lencse, az objektív alá még egy kis asztalkát is erősítünk, és erre az asztalkára tesszük a tárgyat, amit vizsgálni akartunk.
Miért tesszük a vizsgálandó tárgyat, például a légyszárnyat, üveglemezre? - Azért, hogy alulról erősen átvilágíthassuk.

 

Miért kell a tárgyat erősen megvilágítani?

Tegyük fel, hogy a mikroszkópunk 100-szorosan nagyít. Ez annyit jelent, hogy 1 mm hosszú tárgy 100 mm = 10 cm hosszúnak látszik. De a 100 mm oldalú négyzet felülete 100 . 100 = 10 000 mm2. Ha tehát a mikroszkóp üveglemezén levő kis tárgy 1 mm2 felületű, akkor ennek képét 100-szoros nagyításban 10 000 mm2 nagyságának látjuk.
Mivel a kép felülete 10 000-szer nagyobb, mint a tárgy felülete, azért a fény 10 000-szer nagyobb felületen oszlik el. A látott kép fényessége 10 000-szer kisebb lesz, mint a tárgy fényessége.
Ezért kell nagyon erősen megvilágítani a tárgyat. Ez vagy külön lámpával történik, vagy pedig a mikroszkópasztalka alatt elhelyezett tükör vetíti a nappali fényt a tárgyon keresztül.

 

Meddig lehet fokozni a mikroszkóp nagyítását?

Azt gondolhatnánk, hogy a végtelenségig. Mert látszólag nincs akadálya annak, hogy például az 1000-szeresre nagyított képet újra 1000-szeresen tovább nagyítsuk, és akkor 1000 . 1000 = 1 milliószoros vagy még nagyobb nagyítást érjünk el.
Ez azonban nincs így. A mikroszkóp nagyításának határa van. A fénnyel dolgozó mikroszkópot legfeljebb 2000-szeres nagyításig alkalmazzák. Miért nem készítenek még jobban nagyító fénymikroszkópot?

Ennek okát azonnal megértjük egy kísérlet alapján, amelyet bárki odahaza elvégezhet. Nyissuk ki esernyőnket ás az ernyő szövetén át nézzünk körülbelül 2 méter távolságból egy villanylámpa izzószála felé. Meglepő látványban lesz részünk: egy izzószál helyett 7 - 8 izzószál-kép jelenik meg egymás mellett (úgynevezett elhajlási képek), a szélsők pedig feltűnően szivárványszínűek lesznek. (ábra)

Nézzünk a kinyitott esernyő finom és sűrű szövésű szövetén át a villanylámpa egyenes izzószála felé. Egyetlen izzószál helyett sok izzószálat látunk. A széleken látható izzószálak szivárványos színeződése feltűnő

A mikroszkópon át vizsgált tárgyon is vannak átlátszatlan ás átlátszó
helyek sűrűn egymás mellett - éppen úgy, mint az esernyő szövetén.
Ezért egymáshoz igen közeli nyílásokon, réseken át halad a fény. De tudjuk, hogy ilyenkor szivárványszínekkel szegélyezett kép keletkezik, ami a körvonalakat elmosódottá teszi. Tehát az egymáshoz közeli részletek a tárgyon nem ismerhetők fel.
De még egy más körülmény is határt szab a közeli részletek felismerhetőségének. Mennél szűkebbek a részletek közötti rések, annál jobban elhajlanak egymástól az elhajlási képek, amiket kísérletünkben megfigyelhettünk. Végül egyetlen elhajlási kép sem jut a mikroszkóp tárgylencséjébe. A tapasztalat szerint ilyenkor nem ismerhető már fel két pont különállósága a vizsgált tárgyon. Ilyen okok miatt a leggondosabban javított lencsékkel sem érdemes a tárgyat 2000-szeresnél jobban megnagyítani.
Érdemes megjegyezni a következőket:
Szabad szemmel két egymás mellett levő pontot még külön látunk, ha a két pont távolsága nem kisebb, mint 0,1 mm. Ezt úgy mondjuk, hogy szemünk felbontóképessége 0,1 mm, a tiszta látás távolságából (25 cm). Ha kisebb a két pont közötti távolság, a pontok képe összefolyik szemünkben,
Fénymikroszkóppal (a legjobbal) szemünk még különválaszt két pontot
egymástól, ha a közöttük levő távolság 200-szor kisebb, mint az előbbi
0,1 mm. Tehát a legkitűnőbb fénymikroszkóp feloldóképessége 0,1 mm : 200
= 0,0005 mm. Ez akkora távolság, mint a fény közepes hullámhossza.

 

Miért drága a jó kutatómikroszkóp?

A mikroszkóp a tudományos és a gyakorlati életben nélkülözhetetlen. Segítségével ismertük meg az állati ás a növényi test finomabb szerkezetét, A mikroszkóppal fedeztük fel a szabad szemmel láthatatlan parányi élőlények világát. Mikroszkóppal vizsgáljuk a betegségek kórokozóit, élelmiszereket és más anyagokat.
Az első, két szemüveglencséből álló mikroszkópot a holland Zakariás Jansen szemüvegcsiszoló készítette el 1590-ben. Ez a legelső mikroszkóp csak négyszeresen nagyított.

Lényegében igen egyszerű a mikroszkóp szerkezete, csupán két lencse és egy megvilágítótükör kell hozzá. Ezért egyszerű mikroszkópok 40 - 1000-szeres nagyításig már néhány száz forintért kaphatók. De a drága mikroszkópokat kitűnő képet adó lencserendszerekkel készítik. Különleges megvilágítóberendezésük van. Asztalkájuk, csövük finom csavarokkal ezredmilliméteres pontossággal mozgatható. Az ilyen mikroszkópok ára 10 000 - 20 000 forint körül van. (Temészetesen ezek az árak nem a mai árak, az arányok azonban jellemzőek.) Ezek már szakszerű kezelést kívánó kényes műszerek (ábra).

Egy korszerű kutatómikroszkóp. A szemlencsét tartó cső nem hátrafelé, hanem előre hajlik a tárgyasztal felé, és kétcsövű, hogy mindkét szemmel belenézhessünk. Asztalkája mozgatható és alul beépített fényforrása van

 

Felhasznált irodalom