Научная конференция МГУ
«К 300-летию ».
Доклад , учителя биологии ГБОУ гимназии № 000
«Оптические приборы как инструмент
школьного научного исследования».
Прежде всего, необходимо определить - что же такое оптический прибор. Это (в одной из формулировок) конструктивным образом оформленная для выполнения конкретной задачи оптическая система, состоящая, по крайней мере, из одного из базовых оптических элементов. В другой формулировке, прибор называют оптическим, если хотя бы одна его функция выполняется оптической системой. А оптическая система это – совокупность оптических элементов, формирующих пучки световых лучей. Можно встретить формулировки о радиооптике (тогда речь идет о радиоволнах). Иногда речь идет и об электронной оптике, тогда имеются в виду пучки заряженных частиц. Мы будем говорить только о классических оптических приборах, отражающих или преломляющих световые лучи, и об их применении в биологии.
Изготовлением прозрачного стекла занимались еще до нашей эры, особенно его производство было развито в Египте. А увеличительные свойства наполненных водой стеклянных сосудов упоминались еще древними римлянами. Но, несмотря на это, первые оптические приборы, такие как очки и увеличительное стекло, появились только в эпоху Возрождения. В конце XVI века Янсеном был изобретен первый микроскоп. В XVII веке Роберт Гук собрал собственный микроскоп и рассматривал в него пробку. Увиденные им ячейки в пробке он назвал клетками. Но истинному расцвету применения микроскопа в биологии дал начало А. Ван Левенгук. Описания своих наблюдений он посылал в Английское Королевское общество, где они сохранились по сей день. В XVI-XVII веках появилось много разных моделей микроскопов.
Но, так как наши чтения посвящены , хотелось бы рассказать немного о вкладе этого гениального русского ученого в развитие оптики и внедрение оптических приборов в России. С полным правом можно сказать, что им создана русская школа научной и прикладной оптики. Ломоносов разработал технологии производства однородного
оптического стекла, варил его в своей лаборатории и использовал в изготовлении оптических приборов, необходимых ему для исследований. В середине XVIII века он приступил к конструированию оптических приборов и до конца жизни не прекращал этих занятий. В 1756 году он создал ночезрительную трубу, предназначавшуюся для рассмотрения на море удаленных предметов в ночное время. В своей статье “Физическая задача о ночезрительной трубе” он писал, что ночезрительная труба дает возможность “различать в ночное время скалы и корабли”, таким образом он положил начало развитию физиологической оптики. Так же он создал горизонтоскоп, который давал возможность горизонтального панорамного обзора местности, при нахождении в укрытии. А с помощью батоскопа, сконструированного Ломоносовым, можно было рассматривать дно водоемов. Михаил Васильевич, знавший телескопы Ньютона и Грегори, предложил свою конструкцию телескопа, в котором увеличивался световой поток. Образцы своих приборов Ломоносов постоянно демонстрировал на заседании Академического собрания. Но чаще всего его приборы воспринимались с недоверием и подвергались критике со стороны некоторых ученых Академии, поэтому многие работы Ломоносова не получили распространения и после его смерти были забыты. А ведь он пытался достучаться до особ, приближенных к власти, и в поэтической форме, написав “Письмо о пользе стекла… Ивану Ивановичу Шувалову…”. Хотя он и получил стекольный завод и создал потрясающие мозаики, дошедшие до наших дней, оптической промышленности так и не суждено было развиться в России.
А ведь применение микроскопа в биологических исследованиях дало возможность значительно расширить знания о природе, которые были получены ранее только с использованием возможностей человеческого глаза. Микроскоп дал возможность увидеть клеточный и субклеточный уровни организации живых организмов.
, пришедший работать на завод Карла Цейса в Йене, рассчитал предел разрешения светового микроскопа, которое зависит от длины волны видимого света. Это значит, что при источнике освещения в видимой области спектра (400-700 нм) максимальное разрешение может быть не выше 200-350 нм. Но в современных световых микроскопах смогли перешагнуть этот предел возможности данной оптической системы.
Прежде всего, стали использовать ультрафиолетовый свет как источник освещения. Это сразу повысило разрешение до 130-140 нм. В современной микроскопии появилось и фазово-контрастное устройство, которое переводит фазовые изменения света при прохождении через объект в амплитудные отличия, которые уже могут улавливаться человеческим глазом. Такое контрастирование объекта тоже увеличивает возможности световой микроскопии.
Использование флуоресцирующих красителей даёт возможность наблюдать за процессами, происходящими в живых клетках.
Полученные на современных микроскопах изображения подвергают электронно-компьютерной обработке, убирают фоновые шумы и контрастируют наблюдаемые структуры.
С помощью микроскопов-цитофотометров проводят и количественные измерения, определяя концентрации веществ и их абсолютное содержание.
Можно долго рассказывать о возможностях и достоинствах современных оптических приборов и об их роли в научных исследованиях. Их роль для науки бесспорна. Но в заключение хочется вспомнить о наших школьниках, которые на уроках и в проектной деятельности работают с большим количеством оптических приборов :
с увеличительными стёклами, микроскопами, бинокулярами, проекторами, цифровыми камерами, окулярами, фотоаппаратами и т. д. Даже простой по сравнению с микроскопом бинокль может дать исследователю очень много информации. В наших орнитологических работах невозможно было бы получить достоверные результаты, достойные публикации в научном журнале, без таких простых по современным меркам приборов, как бинокль и фотоаппарат.
Список литературы.
1. Баландин. . – М.: Вече, 20с.
2. Ченцов в клеточную биологию: Учебник для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 495 с.
3. Шильцев ночезрительной трубы. – «Потенциал», №11, 2011. 4.
4. http://lomonosov. name/
http://*****/
