"Как сделать невидимое видимым"-проектная работа ученицы 6 класса.

 РЕГИОНАЛЬНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

ТЕМА: «КАК СДЕЛАТЬ НЕВИДИМОЕ ВИДИМЫМ»

                                                                                                                                Выполнила: Черевко Валерия Александровна

Г. Клин, МОУ-СОШ №13, класс: 6Г

Научный руководитель:

Мисакян Гаянэ Александровна

Должность: учитель химии

Оглавление

1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Основная часть

1. Что такое микромир……………………………………………………4
2. Как люди пытались увидеть микромир……………………………….4
3. Зачем человеку видеть микромир……………………………………..6
4. Кое-что об обитателях микромира. Бактерии………………..……....6

3. Практическая часть………………………………………………………...8
4. Заключение………………………………………………………………..10

Литература………………………………………………………………...12

Приложение 1……………………………………………………………..13

Приложение 2……………………………………………………………..14

1.Введение

Цель работы: создать новое устройство, на основе лазерной указки, позволяющее сделать невидимое человеческому глазу видимым.

Задачи:

1. Узнать, что такое микромир и чем обусловлена необходимость его изучения;
2. Узнать какие устройства создал человек, чтобы увидеть микромир, и понять является ли идея, лежащая в основе нашего устройства оригинальной;
3. Практически создать собственное устройство позволяющие увидеть микромир и проанализировать его недостатки и достоинства.

Обоснование выбора темы:

То, что за границами видимого невооруженному глазу лежит множество непознанного, человек понял давно. Его любопытство, а также стремление проникнуть  в суть вещей и явлений привело к созданию множества устройств, позволяющих проникнуть в загадочный невидимый мир. В процессе работы над данным проектом я ознакомилась с устройствами, позволяющими увидеть невидимое невооруженным глазом и убедилась, что устройства подобного моему не существует. В основе моего устройства лежит простое наблюдение, что луч от лазерной указки, проходя через ёмкость с водой проецирует на стену увеличенные изображения мельчайших пузырьков, находящихся в воде и едва различимых глазом. Я заинтересовалась данным эффектом и решила проверить можно ли увидеть таким образом другие малые объекты, например, бактерии. На уроке биологии в 5 классе мы рассматривали их под микроскопом. Мое же устройство могло бы сделать доступным микромир не одному наблюдателю, а целой аудитории. Упростило бы работу с мелкими объектами, их фотографирование и видеосъемку. Мои эксперименты увенчались успехом, о чем я подробно хочу рассказать в данной работе.

2. Основная часть

2.1.Что такое микромир?

«Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз» [7].

        На самом деле даже маленькому ребенку ясно, что возможности человеческого зрения ограничены. Мы не можем увидеть ультрафиолетовых лучей, под которыми загораем. Не видим тепловых солнечных лучей, в которых греется муха на стене. Не видим магнитного поля вокруг притягивающихся магнитов и, может поэтому их движение навстречу друг другу нам кажется чудом. Мы удивляемся радуге и пытаемся осознать откуда берется это разноцветие. Нам говорят: «При чихании прикрывайте рот платком, чтобы не распространять бактерии и вирусы и не заражать других людей». А где они? Какие они? Как они летают? А в кефире и йогурте живут полезные молочнокислые бактерии – мы их едим и они живут в нас - ужас какой! Я хочу видеть того, кто живет во мне. Но невооруженному глазу этот мир недоступен. Бактерии, одноклеточные, вирусы и т.п.- это микромир, который можно увидеть только через специальные устройства - [8] (приложение 1 рис. 1,2,3).

2.2 Как люди пытались увидеть микромир.

То, что изогнутые поверхности дают увеличительный эффект было известно еще 300 лет до н. э. древнегреческом ученым: математику Евклиду и Птоломею – математику, астроному, механику [2], [1]  (приложение 1 рис. 4,5), однако в то время эти свойства не нашли применения. Об удивительных возможностях изогнутых поверхностей вспомнили лишь в 1285 году. Тогда итальянцем Сальвинио дели Арлеати (приложение 1 рис. 6) были изобретены первые очки. А в 16 веке Леонардо да Винчи считал, что мелкие объекты лучше изучать с помощью лупы.

Идея собрать несколько линз в один тубус пришла в голову Захариусу Янсену (Йансену) из Нидерландов, создавшему первый прибор типа микроскопа около 1590 года (приложение 1 рис. 7) [6]. Первый микроскоп давал десятикратное увеличение предмета, что было тогда настоящим достижением в области микроскопии. Так началось совершенствование оптического микроскопа датскими, английскими и итальянскими исследователями. Кстати, термин «микроскоп» был предложен И. Фабером – членом Римской «Академии зорких» в 1625 году.

Первые успехи применения микроскопа для изучения биологических объектов принадлежат англичанину Р.Гуку (приложение 1 рис.8), подробно рассмотревшему и описавшему растительную клетку и голландцу А.Левенгуку, рассмотревшему живых обитателей капли воды, настоя перца, ила реки и даже дупла своего зуба. Лучшие приборы Левенгука (приложение 1 рис.9) увеличивали уже в 270 раз. Были открыты и зарисованы спермотазоиды, кровеносные тельца, движение крови, различные простейшие, изучено строение костной ткани, бактерии и многое другое. Оптические микроскопы открывали людям неведомый мир и предоставляли широкое поле деятельности для постижения принципов работы микроскопа и путей его усовершенствования.

Сегодня на смену простым оптическим пришли электронные, сканирующие, рентгеновские и интерференционные микроскопы, волновые передающие и увеличивающие устройства, принцип действия которых отличается от созданных ранее микроскопов, дающих максимально 2000 кратное увеличение [3]. Теперь увеличение в 10000 раз превосходит получаемые ранее.

Но ни в одном устройстве не был использован принцип получения увеличенного изображения с помощью лазерного излучения. Я допускаю, что не достигну увеличения, позволяющего увидеть совсем маленькие объекты, например, молекулы. Но это и не всегда необходимо. Например, увидеть на уроке простейших и бактерии, я думаю, вполне возможно.

2.3 Зачем человеку видеть микромир

На самом деле ответ очень прост- чтобы понять этот мир и себя в этом мире. Постичь суть предметов и явлений и научиться управлять ими. Так узнав о строении и функционировании своего организма, о существовании и роли бактерий и вирусов человек научился справляться со множеством заболеваний. Средняя продолжительность жизни возросла.

        Открытие строения атома подарило нам множество новых химических элементов, объяснило суть химических и ядерных реакций, происходящих вокруг и в нас самих. Позволило создать атомные электростанции, корабли, сэкономить природные ресурсы- нефть, газ, уголь, древесину.

Строение металлов позволило разгадать секрет электрического тока. Теперь мы сами создаем и используем его. И магнитное поле для человека уже совсем не секрет. Он создал новые материалы, лекарства, электродвигатели и многое другое. Он осваивает космос и изучает невидимое. И если физические возможности человека ограничены, то разум и стремление исследовать неизведанное-безграничны. Это доказывает история.

2.4.Кое-что об обитателях микромира. Бактерии.

Так как я надеюсь, что моё увеличительное устройство позволит рассмотреть бактерии, я собрала некоторую информацию именно о них и узнала следующее:

1. Бактерии - это очень маленькие, очень древние и довольно простые микроорганизмы. У них нет клеточного ядра. Передвигаться они могут с помощью жгутиков и ворсинок. Их размер в среднем составляет от 0,0005 мм до 0,005 мм.  Самая большая бактерия Thiomargarita namibiensis достигает 0,75 мм.  Её можно увидеть даже не вооруженным взглядом. А самая маленькая имеет размер 0,0001 мм. Это Mycoplasma mycoides. Формы у них разные: округлые, извитые, палочковидные, кубические, в виде звездочек и т.д.[4]. Лактобактерии и сенные палочки с которыми мне предстоит проводить эксперименты имеют продолговатую вытянутую форму, бесцветны и достигают в длину 2-9 мкм (0,002-0,009 мм), в ширину до 0,8 мкм (0.0008 мм). А это значит, что увидеть их я смогу, если увеличение составит не менее чем в 100 раз.
2. Многие виды бактерий живут самостоятельно, другие - зависят от организма, в котором живут.  Согласно последним исследованиям, было выявлено, что микроорганизмов, живущих внутри и на нас в 10 раз больше, чем клеток человека. 

3. Бактерии, живущие в других организмах, могут быть полезными, например молочнокислые бактерии (Lactococcus lactis, Lactobacillus acidophilus и др. являются частью кишечной микрофлоры и флоры ротовой полости) и бифидобактерии (составляют 90% кишечной флоры) [5]. И вредными, например, Золотистый стафилококк, вызывающий различные заболевания (воспаление легких, ангину и др.) и один из самых устойчивых к антибиотикам. Поэтому для своих исследований я решила использовать безопасные и доступные лактобактерии. Решение использовать еще и сенные палочки пришло позже, так как раствор уже был приготовлен и использовался  на уроке биологии. Эти почвенные бактерии, согласно санитарно-эпидемиологическому правилу СП 1.3.2322-08 «Безопасность работы с микроорганизмами III - IV групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней»,  не относятся к патогенным для человека микроорганизмам и даже используются в промышленности для получения различных веществ, использующихся, например, в моющих средствах.

4. Размножаются бактерии чаще делением или почкованием и очень быстро. Лучшие условия для размножения - те, в которых они привыкли существовать. Например, для бактерий, живущих внутри теплокровного организма наилучшая температура размножения 37 градусов цельсия.

Микромир бактерий тесно связан с нашим миром, хотя и не сильно зависит от нас. А вот нам без них не прожить. Наши миры находятся в своеобразном равновесии выгодном обеим сторонам.

3.Практическая часть

Цель: создать устройство на основе лазерной указки, позволяющий увидеть ацидофильные лактобактерии и сенные палочки в прозрачной среде.

Оборудование и вещества:

1. Вода
2. «Аципол» - бактериальный препарат
3. Питательная среда для бактерий
4. Готовый бактериальный раствор сенных палочек
5. Колбы
6. Контейнеры стеклянные прозрачные
7. Лазерная указка
8. Белый экран
9. Линза
10. Термометр

Ход работы:

1. Вскипятить воду и дать ей остыть до температуры примерно 37 градусов;
2. Развести питательную среду для бактерий в колбе;
3. Всыпать «Аципол» в колбу №1;
4. Выдержать в тёплом месте 24 часа;
5. Рассмотреть под микроскопом каплю бактериального раствора с целью убедиться в присутствии ацидофильных лактобактерий;
6. Рассмотреть под микроскопом каплю бактериального раствора сенных палочек с целью убедиться в присутствии бактерий;
7. Перелить пробу исследуемого бактериального раствора в контейнер;
8. Направить на контейнер луч лазера;
9. На пути луча поместить линзу (приложение 2 рис.10, 11, 12);
10. Рассмотреть изображение на экране (приложение 2 рис.13, 14, 15);
11. Для сравнения провести тот же эксперимент с дистиллированной водой и пустым контейнером;
12. Исследовать экспериментально влияние расстояния от экрана до линзы на размеры полученных изображений бактериальных объектов.

Полученный результат

Выстроенная мною система из контейнера с исследуемым бактериальным раствором, лазерной указки, лупы (затем объектива от микроскопа) и экрана позволила увидеть невооруженным глазом множество хаотично и быстро передвигающихся бактерий.  С целью расчета кратности увеличения были сделаны замеры диаметра лазерного луча, выходящего из контейнера с бактериальным раствором и диаметра луча на экране. Наиболее полярные результаты представлены в таблице:

Сравнить внешний вид ацидофильных бактерий с увиденными в оптический  микроскоп в ходе данного эксперимента не удалось в виду их огромной концентрации и недостаточного увеличения.  Более четко прослеживается форма сенных палочек.

В случае исследования контрольного раствора с дистиллированной водой, а также с пустым контейнером передвигающихся объектов не обнаружено.

4. Заключение

Все, что человеческий глаз не способен увидеть относится к объектам микромира. Это могут быть живые объекты и неживые, но все они оказывали и оказывают огромное влияние на видимый мир, качество жизни человека, определяют само его существование. Обитатели микромира как первокирпичики выстраивают видимый мир. Именно поэтому так важно было  проникнуть в его тайны, постичь его законы, что в конечном итоге определяет эволюцию человечества и скорость его технического прогресса.

        Для достижения поставленной цели человек создал множество устройств, позволяющих увидеть и изучить невидимое. Целью моей работы было создание нового устройства, позволяющего сделать невидимое человеческому глазу видимым. Данное устройство, состоящее из контейнера с бактериальным раствором, лазерной указки, лупы и экрана, позволяет увидеть бактерии в прозрачной среде и продемонстрировать их в режиме он-лайн большому количеству зрителей, облегчает фото- и видеосъемку, экономит время и действительно не имеет аналогов. Но нуждается в существенной доработке. А именно:

1. Ввиду нехватки времени не были проведены эксперименты с контейнерами разной формы - в том числе с изогнутой стенкой, например цилиндрическими контейнерами, что могло усилить увеличивающий эффект.
2.  Не было учтено, что исследуемый раствор в контейнере содержит высокую концентрацию бактерий, что делает невозможным получение единичных изображений. Значит, необходима серия опытов с разбавленными бактериальными растворами, а также контейнерами не кубической формы в сечении, как было в нашем случае, а с прямоугольными, имеющими небольшую ширину для уменьшения концентрации изучаемого раствора и получения более четкого изображения отдельных бактерий.

В целом считаю, что цель достигнута и рассматриваю данный проект, как начало большой исследовательской работы по созданию экспресс - прибора по обнаружению отдельных объектов микромира, позволяющего сэкономить время, упростить и сделать более качественной работу с микрообъектами, а возможно и послужить основой для создания нового поколения приборов.

Литература и интернет – источники

1. Википедия. Евклид. 08.01.2018.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%B2%D0%BA%D0%BB%D0%B8%D0%B4

2. Википедия. Клавдий Птолемей. 09.01.2018. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B4%D0%B8%D0%B9_%D0%9F%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%B

3. Википедия. Микроскоп.10.10.2017.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF

4. Дикий дикий мир. Кто такие бактерии. Евгений Мартыненко16 Фев 2015 http://wildwildworld.net.ua/why/kto-takie-bakterii

5. Мартыненко Е. Дикий дикий мир. Полезные и вредные бактерии человека. 3.03. 2015 http://wildwildworld.net.ua/articles/poleznye-i-vrednye-bakterii-cheloveka

6. Основы здоровья. История микроскопии http://vita-club.ru/micros1.htm

7. Хадхази А. Каковы пределы человеческого зрения? BBC Future.  4.08.2015 http://www.bbc.com/russian/science/2015/08/150804_vert_fut_limits_of_human_vision

8. Хочу всё знать http://1bon.ru/371/

Приложение 1