Echar un vistazo a un microscopio puede llevarte a un mundo diferente. Las formas en que los microscopios hacen zoom sobre los objetos a pequeña escala son similares a cómo las gafas y las lupas pueden permitirle ver mejor.
Los microscopios compuestos, en particular, funcionan utilizando una disposición de lentes para refractar la luz para acercar las células y otras muestras para llevarlo a un mundo de tamaño micro. Un microscopio se denomina microscopio compuesto cuando consta de más de un juego de lentes.
Microscopios compuestos, también conocidos como microscopios ópticos o de luz, funcionan haciendo que una imagen parezca mucho más grande a través de dos sistemas de lentes. El primero es ellente ocular o ocular, que observa cuando usa el microscopio que generalmente aumenta en un rango entre cinco y 30 veces. El segundo es elsistema de lentes de objetivoque amplía el uso de magnitudes desde cuatro hasta 100 veces, y los microscopios compuestos suelen tener tres, cuatro o cinco de estos.
Lentes en un microscopio compuesto
El sistema de lentes de objetivo utiliza una pequeña distancia focal, la distancia entre la lente y la muestra u objeto que se examina. La imagen real de la muestra se proyecta a través de la lente del objetivo para crear una imagen intermedia a partir de la luz incidente en la lente que se proyecta sobre elplano de imagen conjugado objetivoo el plano de la imagen principal.
Cambiar la ampliación de la lente del objetivo cambia la forma en que se amplía esta imagen en esta proyección. Lalongitud del tubo ópticose refiere a la distancia desde el plano focal posterior del objetivo hasta el plano de la imagen principal dentro del cuerpo del microscopio. El plano de la imagen principal suele estar dentro del propio cuerpo del microscopio o dentro del ocular.
Luego, la imagen real se proyecta en el ojo de la persona que usa el microscopio. La lente ocular hace esto como una simple lupa. Este sistema del objetivo al ocular muestra cómo funcionan los dos sistemas de lentes uno tras otro.
El sistema de lentes compuestos permite a los científicos y otros investigadores crear y estudiar imágenes con un aumento mucho mayor que de otro modo solo podrían lograr con un microscopio. Si intentara usar un microscopio con una sola lente para lograr estos aumentos, tendría que colocar la lente muy cerca de su ojo o usar una lente muy ancha.
Disección de piezas y funciones del microscopio
La disección de las partes y funciones del microscopio puede mostrarle cómo funcionan todas juntas al estudiar muestras. Puede dividir aproximadamente las secciones del microscopio en la cabeza o el cuerpo, la base y el brazo con la cabeza en la parte superior, la base en la parte inferior y el brazo en el medio.
La cabeza tiene un ocular y un tubo ocular que mantiene el ocular en su lugar. El ocular puede ser monocular o binocular, el último de los cuales puede usar un anillo de ajuste de dioptrías para hacer que la imagen sea más consistente.
El brazo del microscopio contiene los objetivos que puede elegir y colocar para diferentes niveles de aumento. La mayoría de los microscopios utilizan lentes de 4x, 10x, 40x y 100x que funcionan como perillas coaxiales que controlan cuántas veces la lente amplía la imagen. Esto significa que están construidos en el mismo eje que la perilla que se usa para el enfoque fino, como implicaría la palabra "coaxial". La lente del objetivo en función de microscopio.
En la parte inferior está la base que sostiene el escenario y la fuente de luz que se proyecta a través de una abertura y deja que la imagen se proyecte a través del resto del microscopio. Los aumentos más altos generalmente usan etapas mecánicas que le permiten usar dos perillas diferentes para moverse tanto a la izquierda como a la derecha y hacia adelante y hacia atrás.
El tope de la rejilla le permite controlar la distancia entre la lente del objetivo y el portaobjetos para ver aún más de cerca la muestra.
Es importante ajustar la luz que proviene de la base. Los condensadores reciben la luz entrante y la enfocan sobre la muestra. El diafragma le permite elegir cuánta luz llega a la muestra. Las lentes de un microscopio compuesto utilizan esta luz para crear la imagen para el usuario. Algunos microscopios usan espejos para reflejar la luz sobre la muestra en lugar de una fuente de luz.
Historia antigua de las lentes de microscopio
Los seres humanos han estudiado cómo el vidrio dobla la luz durante siglos. El antiguo matemático romano Claudio Ptolomeo usó las matemáticas para explicar el ángulo preciso de refracción sobre cómo la imagen de un palo se refracta cuando se coloca en el agua. Usaría esto para determinar elconstante de refracción o índice de refracción del agua.
Puede utilizar el índice de refracción para determinar cuánto cambia la velocidad de la luz cuando pasa a otro medio. Para un medio en particular, use la ecuación para el índice de refracción
n = \ frac {c} {v}
para índice de refracciónnorte, velocidad de la luz en el vacíoC(3,8 x 108 m / s) y velocidad de la luz en el mediov.
Las ecuaciones muestran cómo la luz se ralentiza cuando ingresa a medios como vidrio, agua, hielo o cualquier otro medio, ya sea sólido, líquido o gaseoso. El trabajo de Ptolomeo resultaría esencial para la microscopía, así como para la óptica y otras áreas de la física.
También puede usar la ley de Snell para medir el ángulo en el que un haz de luz se refracta cuando entra en un medio, de la misma manera que dedujo Ptolomeo. La ley de Snell es
\ frac {n_1} {n_2} = \ frac {\ sin {\ theta_2}} {\ sin {\ theta_1}}
porθ1como el ángulo entre la línea del haz de luz y la línea del borde del medio antes de que la luz entre en el medio yθ2como el ángulo después de que la luz ha entrado.norte1ynorte2son los índices de refracción para la luz media en la que estaba previamente y la luz media entra.
A medida que se realizaron más investigaciones, los estudiosos comenzaron a aprovechar las propiedades del vidrio alrededor del siglo I d.C. En ese momento, los romanos habían inventado el vidrio y comenzaron a probarlo por sus usos para aumentar lo que se puede ver a través de él.
Comenzaron a experimentar con diferentes formas y tamaños de gafas para descubrir la mejor manera de magnificar algo mirando a través de él, incluyendo cómo podría dirigir los rayos del sol a los objetos de luz en fuego. A estos lentes los llamaron "lupas" o "lentes ardientes".
Los primeros microscopios
Hacia finales del siglo XIII, la gente empezó a crear gafas con lentes. En 1590, dos holandeses, Zaccharias Janssen y su padre Hans, realizaron experimentos con las lentes. Descubrieron que colocar las lentes una encima de la otra en un tubo podía agrandar una imagen en un aumento mucho mayor que el que podría lograr una sola lente, y Zaccharias pronto inventó el microscopio. Esta similitud con el sistema de lentes de objetivo de los microscopios muestra cuán atrás va la idea de usar lentes como un sistema.
El microscopio Janssen usó un trípode de latón de aproximadamente dos pies y medio de largo. Janssen diseñó el tubo de latón primario que usó el microscopio con un radio de alrededor de una pulgada o media pulgada. El tubo de latón tenía discos en la base y en cada extremo.
Otros diseños de microscopios comenzaron a surgir por científicos e ingenieros. Algunos de ellos usaban un sistema de tubo grande que albergaba otros dos tubos que se deslizaban dentro de ellos. Estos tubos hechos a mano ampliarían objetos y servirían de base para el diseño de microscopios modernos.
Sin embargo, estos microscopios aún no eran utilizables para los científicos. Ampliarían las imágenes unas nueve veces y dejarían difíciles de ver las imágenes que crearon. Años más tarde, en 1609, el astrónomo Galileo Galilei estaba estudiando la física de la luz y cómo interactuaría con la materia de formas que resultarían beneficiosas para el microscopio y el telescopio. También agregó un dispositivo para enfocar la imagen a su propio microscopio.
El científico holandés Antonie Philips van Leeuwenhoek usó un microscopio de lente única en 1676 cuando usaba pequeños esferas de vidrio para convertirse en el primer ser humano en observar bacterias directamente, siendo conocido como "el padre de microbiología."
Cuando miró una gota de agua a través de la lente de la esfera, vio las bacterias flotando en el agua. Continuaría haciendo descubrimientos en la anatomía de las plantas, descubriendo células sanguíneas y haciendo cientos de microscopios con nuevas formas de aumento. Uno de esos microscopios pudo usar un aumento de 275 veces usando una sola lente con un sistema de lupa de doble convexo.
Avances en la tecnología de microscopios
Los siglos venideros trajeron más mejoras a la tecnología de microscopios. Los siglos XVIII y XIX vieron refinamientos en los diseños de microscopios para optimizar la eficiencia y la eficacia, como hacer que los microscopios fueran más estables y más pequeños. Los diferentes sistemas de lentes y la potencia de los mismos abordaron los problemas de la falta de claridad o borrosidad en las imágenes que producían los microscopios.
Los avances en la óptica de la ciencia trajeron una mayor comprensión de cómo las imágenes se reflejan en los diferentes planos que podrían crear las lentes. Esto permitió a los creadores de microscopios crear imágenes más precisas durante estos avances.
En la década de 1890, el entonces estudiante graduado alemán August Köhler publicó su trabajo sobre la iluminación de Köhler que distribuiría la luz a Reducir el deslumbramiento óptico, enfocar la luz en el sujeto del microscopio y utilizar métodos más precisos para controlar la luz en general. Estas tecnologías se basaron en el índice de refracción, tamaño del contraste de apertura entre la muestra y la luz del microscopio junto con más control de los componentes como el diafragma y el ocular.
Lentes de microscopios hoy
Los lentes de hoy varían desde los que se enfocan en colores específicos hasta los que se aplican a ciertos índices de refracción. Los sistemas de lentes objetivos utilizan estos lentes para corregir la aberración cromática, las disparidades de color cuando los diferentes colores de la luz difieren ligeramente en el ángulo en el que se refractan. Esto ocurre debido a las diferencias en la longitud de onda de los diferentes colores de luz. Puede averiguar qué lente es apropiada para lo que desea estudiar.
Las lentes acromáticas se utilizan para hacer iguales los índices de refracción de dos longitudes de onda de luz diferentes. Por lo general, tienen un precio asequible y, como tales, se utilizan ampliamente.Lentes semi-apocromáticas, o lentes de fluorita, cambian los índices de refracción de tres longitudes de onda de luz para hacerlos iguales. Estos se utilizan para estudiar la fluorescencia.
Lentes apocromáticas, por otro lado, use una gran apertura para dejar pasar la luz y lograr una resolución más alta. Se utilizan para observaciones detalladas, pero suelen ser más caras. Las lentes planas aberran el efecto de la aberración de la curvatura del campo, la pérdida de enfoque cuando una lente curva crea el enfoque más nítido de una imagen lejos del plano sobre el que debe proyectar la imagen.
Las lentes de inmersión aumentan el tamaño de apertura utilizando un líquido que llena el espacio entre la lente del objetivo y la muestra, lo que también aumenta la resolución de la imagen.
Con los avances en la tecnología de lentes y microscopios, los científicos y otros investigadores determinan las causas precisas de las enfermedades y las funciones celulares específicas que gobiernan los procesos biológicos. La microbiología mostró todo un mundo de organismos más allá del ojo desnudo que llevaría a más teorizaciones y pruebas de lo que significaba ser un organismo y cómo era la naturaleza de la vida.