Номер 2, страница 226 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. «История микроскопа» (возможная форма: презентация, реферат, опыты).

История микроскопа — это увлекательный путь от простых увеличительных стекол до сложнейших приборов, позволяющих видеть отдельные атомы. Развитие микроскопии напрямую связано с прогрессом в физике, оптике, биологии и медицине.

Предпосылки и первые увеличительные приборы

Идея увеличения небольших объектов с помощью изогнутых прозрачных поверхностей известна с древности. Римский философ Сенека еще в I веке н.э. писал, что «буквы, сколь бы малыми и неясными они ни были, видятся крупнее и отчетливее через стеклянный шар, наполненный водой». В Средние века, примерно с 1000 года, монахи-переписчики использовали так называемые «камни для чтения» — плоско-выпуклые линзы, которые клали на текст для его увеличения.

Настоящим прорывом стало изобретение очков в Италии около 1286 года. Это событие дало мощный толчок развитию технологии шлифовки линз, что и создало техническую базу для появления первых микроскопов.

Ответ: Основы для создания микроскопа были заложены еще в античности, а ключевым технологическим шагом стало изобретение очков в XIII веке, которое усовершенствовало производство линз.

Изобретение составного микроскопа

Создание первого прибора, который можно назвать микроскопом, является предметом споров, но чаще всего его приписывают голландским мастерам по изготовлению очков, Хансу и Захарию Янсенам, примерно в 1590 году. Их прибор представлял собой трубку с двумя линзами (объективом и окуляром) и давал увеличение от 3 до 9 раз. Качество изображения было невысоким, но сама идея составного микроскопа была революционной.

В 1609 году знаменитый итальянский ученый Галилео Галилей, создав свой телескоп, обнаружил, что если изменить расстояние между линзами, прибор можно использовать для рассматривания близких мелких объектов. Свой прибор он назвал «оккиолино» (глазок). Сам термин «микроскоп» был предложен в 1625 году членом «Академии деи Линчеи» Джованни Фабером для описания прибора Галилея.

Ответ: Составной микроскоп, использующий комбинацию объектива и окуляра, был изобретен на рубеже XVI-XVII веков, вероятнее всего, голландскими оптиками Янсенами, и независимо усовершенствован Галилео Галилеем.

Золотой век микроскопии: XVII век

XVII век стал временем великих открытий, сделанных с помощью микроскопа. Двумя ключевыми фигурами этой эпохи были англичанин Роберт Гук и голландец Антони ван Левенгук.

Роберт Гук в 1665 году опубликовал свой знаменитый труд «Микрография» (Micrographia). Это был первый научный бестселлер, содержащий детальные и прекрасно выполненные гравюры объектов, увиденных Гуком под микроскопом. Он изобразил блоху, глаз мухи и многие другие объекты. Рассматривая срез пробки, Гук увидел ячеистую структуру, которую он назвал «клетками» (от англ. cell — ячейка, келья), введя этот фундаментальный термин в биологию.

Антони ван Левенгук, торговец тканями из Делфта, не был профессиональным ученым, но стал величайшим микроскопистом своего времени. Он освоил искусство шлифовки линз и создавал простые (однолинзовые) микроскопы, но с невероятным для того времени увеличением — до 270 раз и более. С помощью своих приборов Левенгук первым в мире увидел и описал микроорганизмы (которых он назвал «анималькулями»), эритроциты, сперматозоиды, строение мышечных волокон и многое другое. Он открыл для человечества целый невидимый мир живых существ.

Ответ: XVII век — «золотой век» микроскопии, ознаменованный публикацией «Микрографии» Роберта Гука, введшего понятие «клетка», и революционными открытиями Антони ван Левенгука, который первым наблюдал мир микроорганизмов.

Усовершенствования XVIII и XIX веков

Долгое время составные микроскопы уступали по четкости изображения простым микроскопам Левенгука из-за серьезных оптических искажений — хроматической и сферической аберраций. В XVIII веке основное внимание уделялось улучшению механической части приборов, но оптика оставалась проблемой.

Решающий прорыв произошел в XIX веке. В 1830 году английский оптик-любитель Джозеф Джексон Листер разработал способ создания ахроматических объективов, комбинируя линзы из разных сортов стекла (крона и флинта), что позволило практически полностью устранить хроматическую аберрацию.

Во второй половине XIX века создание микроскопов перешло от ремесла к науке благодаря сотрудничеству трех выдающихся людей в немецком городе Йена: механика Карла Цейса, физика-оптика Эрнста Аббе и химика-технолога Отто Шотта. Аббе разработал строгую математическую теорию формирования изображения в микроскопе, вывел критерий разрешения ($d = \frac{\lambda}{2n \sin\alpha}$) и показал пути улучшения объективов. Шотт, основываясь на расчетах Аббе, создал новые сорта оптического стекла с нужными характеристиками. А Цейс воплотил все это в массовом производстве высококачественных микроскопов, которые стали эталоном во всем мире. Были также внедрены иммерсионные объективы и конденсоры (например, конденсор Аббе), что еще больше повысило разрешающую способность.

Ответ: В XIX веке были решены главные проблемы оптических микроскопов: устранены аберрации (Листер) и создана научная теория конструирования микроскопов (Аббе, Цейс, Шотт), что привело к созданию оптически совершенных приборов.

Современные микроскопы: XX и XXI века

В XX веке стало ясно, что разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной волны света. Чтобы увидеть объекты меньшего размера, чем половина длины волны видимого света (около 200 нанометров), потребовались новые подходы.

• Электронный микроскоп. Изобретен в 1931 году Эрнстом Руской и Максом Кноллем. Вместо фотонов света он использует пучок электронов, длина волны которых значительно короче. Это позволило увеличить разрешение в тысячи раз и увидеть вирусы, клеточные органеллы и даже крупные молекулы.
• Фазово-контрастная и флуоресцентная микроскопия. Методы, разработанные в середине XX века, позволили наблюдать живые, неокрашенные клетки (Фриц Цернике, Нобелевская премия 1953 г.) и подсвечивать специфические структуры внутри них с помощью флуоресцентных меток.
• Конфокальная микроскопия. Разработанная Марвином Минским в 1957 году, эта технология позволяет получать очень четкие оптические «срезы» образца, устраняя фоновый шум от других слоев.
• Сканирующая зондовая микроскопия. В 1981 году Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп (Нобелевская премия 1986 г.), который позволил впервые в истории увидеть отдельные атомы на поверхности материала. Позже на его основе был создан атомно-силовой микроскоп (АСМ).
• Суперразрешающая микроскопия. В начале XXI века были разработаны методы (STED, PALM, STORM), которые позволяют обойти дифракционный предел светового микроскопа и получать изображения с разрешением в десятки нанометров (Нобелевская премия по химии 2014 г.).

Ответ: XX и XXI века ознаменовались выходом за пределы возможностей световой микроскопии с созданием электронных, зондовых и суперразрешающих микроскопов, которые открыли для изучения наномир и позволили исследовать объекты на молекулярном и атомарном уровнях.

Идея для опытов

Если у вас есть доступ к учебному световому микроскопу, вы можете повторить некоторые из классических наблюдений:

1. Клетки кожицы лука. Снимите тонкую прозрачную пленку с внутренней стороны чешуи лука, поместите ее в каплю воды на предметное стекло, накройте покровным и рассмотрите. Вы увидите четко различимые растительные клетки.
2. «Анималькули» Левенгука. Возьмите каплю воды из лужи, пруда или аквариума. С большой вероятностью вы обнаружите в ней быстро движущихся одноклеточных — инфузорий, амеб и других простейших.
3. Кристаллы. Рассмотрите под малым увеличением кристаллы поваренной соли или сахара. Вы увидите их правильную геометрическую форму.

Ответ: Простые опыты с учебным микроскопом позволяют самостоятельно увидеть клеточную структуру растений, мир микроорганизмов и правильную форму кристаллов, повторяя путь великих исследователей прошлого.