Construya su propio microscopio: Siguiendo los pasos de Robert Hooke Teach article

Traducido por Jorge J Pérez-Maceira. Nektarios Tsagliotis explica cómo construir un microscopio efectivo con materiales sencillos – lo que permite a tus estudiantes descubrir un mundo oculto, tal y como lo hizo Robert Hooke en 1665.

Retrato de Robert Hooke
(2009) de Rita Greer pintado
para la Open University,
Reino Unido. Entre los
objetos en frente de él están
su libro, Micrographia, y un
microscopio

Imagen cortesía de Rita Greer;
fuente de la imagen: Wikimedia
Commons

Al igual que con el telescopio, el microscopio se hizo famoso por los logros de uno de sus primeros usuarios. Cuando consideramos el telescopio en la historia, pensamos en Galileo Galilei (1564-1642) y sus observaciones pioneras de la luna y los planetas. Del mismo modo, el científico inglés Robert Hooke (1635-1703) fue uno de los primeros en darse cuenta del potencial del microscopio. En su libro Micrographia, publicado en 1665, Hooke asombró al público con un mundo fantástico, donde los objetos cotidianos, como las agujas y los pelos, las hormigas y las arañas, fueron transformados por la ampliación.

Una hormiga, como se ilustra
en Micrographia de Hooke

Imagen cortesía de the Project
Gutenberg

Desde una edad muy temprana, la mente curiosa de Robert Hooke le llevó por muchos campos de la ciencia (por esta razón se le ha llamado “El Leonardo de Inglaterra”). En 1662, fue contratado por la recién fundada Academia de Ciencias de la Sociedad Real (The Royal Society), para llevar a cabo estudios con el microscopio. Tres años más tarde, publicó esto y muchos otros de sus estudios en Micrographia.

Este libro enorme está lleno de descripciones de lo que Hooke vio bajo el microscopio. Afirmó que su objetivo era utilizar “una mano sincera, y un ojo fiel, examinar, y registrar las cosas por sí mismas tal y como aparecen”. Junto con las descripciones, Hooke incluyó dibujos asombrosamente detallados de los objetos que vio. Sus vivos dibujos de insectos los hacían parecer, como él comento, “como si fueran leones o elefantes observados a simple vista”. El libro fue un gran éxito y todavía se considera una obra maestra de la literatura científica.

Micrographia fue la inspiración para mi proyecto de aula, con dos objetivos. En primer lugar, para construir un microscopio de trabajo inspirado en los primeros modelos a partir de materiales baratos, modernos, fáciles de conseguir que los estudiantes puedan usar en clase; y en segundo lugar, para que los estudiantes investigaran el mundo microscópico por sí mismos, teniendo los estudios de Robert Hooke como punto de partida y produciendo sus observaciones en la forma de bocetos y descripciones.

El microscopio que construí con mis alumnos es una versión modificada del descrito por los investigadores del Museo Galileo en Florencia, Italiaw1. Se trata de una construcción similar a los utilizados por Hooke y otros científicos a finales del siglo XVI y principios del siglo XVII, y tiene los mismos elementos esenciales: dos lentes (objetivo y ocular), un tubo del microscopio, y un diafragma para reducir la distorsión óptica. Los materiales modernos que se utilizan son lentes de plástico, cada una de las cuales se extrajo de una cámara desechable de un solo uso.

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Imagen cortesía de Nektarios
Tsagliotis

Una vez construido, el microscopio tiene un aumento de aproximadamente 20 veces – más que suficiente para revelar las maravillas del mundo microscópico, como lo vio Hooke.

Este microscopio es duradero y portátil, y se puede montar rápidamente una vez que los materiales han sido recogidos, cortados y pegados correctamente (ver vídeo onlinew2). Puede ser utilizado en varias ocasiones para estudios con el microscopio y/o observaciones, lo que requiere de un mantenimiento mínimo, como por ejemplo limpiar las lentes y el suministro de baterías para el foco. Además, se puede almacenar fácilmente en el aula y el laboratorio, ya que ocupa un espacio pequeño.

Materiales

  • 2 lentes con una distancia focal de 35 mm, cada una reutilizada de una cámara desechable de un solo uso.
    Asegúrese de que el flash ha sido descargado y retire la batería antes de abrir la cámara. Utilice herramientas aisladas (como un destornillador y un alicate). Los estudiantes podrían necesitar ayuda con la extracción de las lentes de las cámaras.
  • 2 arandelas de metal con un diámetro exterior de 2cm y un orificio interior de 1 cm aproximadamente de diámetro.
  • 1 cartón negro o disco de caucho con un diámetro exterior ligeramente menos que las arandelas (aproximadamente 1,2 a 1,5 cm) y un pequeño agujero de aproximadamente 2-3 mm de diámetro. Este es el diafragma: asegura que el centro de la lente se utiliza en lugar de los bordes, ya que pueden distorsionar la imagen.
  • 4 tubos de plástico, para formar el cuerpo del microscopio y los soportes, con las siguientes dimensiones:
    • Tubo para el cuerpo del Microscopio: 16,5 cm de longitud con Ø18 (1,8 cm diámetro externo, 1,6 cm diámetro interno)
    • Tubo para el soporte principal: aproximadamente 17 cm de longitud con Ø23 (2,3 cm diámetro externo, diámetro interno 2 cm)
    • Dos tubos pequeños para el soporte: cada uno de aproximadamente 10 cm de longitud con Ø16 (1,6 cm diámetro externo)

Deben ser tubos de plástico de los utilizados para las instalaciones eléctricas domésticas que se pueden obtener en ferreterías y/o tiendas de suministros eléctricos.

  • 1 base rígida de cartón grueso, de madera o similar, de aproximadamente 10 x 10 cm
  • 2 goma elástica resistente (para una construcción más estable, utilizar una goma resistente y una brida de plástico)
  • 1 hoja de papel negro opaco, de aproximadamente 15 x 5 cm
  • 1 recipiente de plástico negro de película de 35 mm o similar. Alternativamente, un conector de plástico para tubo de Ø18
  • Un foco de lectura, preferiblemente con un clip para sujetarlo a la base del microscopio
  • Blutack® (barra de pegamento maleable utilizada para la fijación temporal)
  • Pistola de pegamento con silicona caliente y pegamento instantáneo
  • Tijeras
  • Cúter de papel
  • Sierra para metales
  • Regla
  • Bolígrafo o lápiz

Procedimiento

  1. Coger el tubo que va a formar el cuerpo del microscopio (Ø18). Enrollar el papel negro opaco longitudinalmente e insertar en el tubo de manera que forme un revestimiento del tubo.
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis
  1. Colocar cada lente en una arandela utilizando Blutack o cuidadosamente con pegamento instantáneo. Luego añadir un círculo de Blutack alrededor del borde de la lente y la arandela.
  2. Colocar una unidad lente-arandela en uno de los extremos del tubo, con la arandela en el exterior, utilizando el círculo de Blutack para sujetarlo firmemente en posición. Entonces fijar la otra lente-arandela en el otro extremo de la misma manera.
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis
  1. Coloque el cartón negro o el disco de caucho en la parte superior de una de las arandelas en el extremo del tubo y fíjelo con Blutack. El disco forma el objetivo del microscopio.
  1. Construir el ocular del microscopio: en la parte inferior del envase de película, cortar un agujero lo suficientemente grande como para encajar el tubo del cuerpo del microscopio (si se utiliza un conector del tubo, véase lista de materiales, no es necesario hacer un agujero). Empujar el tubo (el extremo sin disco negro) un poco en el interior del envase de película y asegurar con el pegamento si es necesario.
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis
  1. Ahora, la construcción del soporte para el cuerpo del microscopio. Usando la pistola de pegamento y la silicona caliente, sujetar los dos tubos más pequeños al tubo de soporte principal (el tubo más largo restante) de manera que se coloquen uno junto al otro, en contacto, con los tres tubos alienados en uno de los lados y el tubo más largo se extienda más allá de los otros en el otro lado.
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis
  1. A continuación, utilizar la pistola de pegamento para unir el extremo libre del tubo más largo a la base, colocándolo hacía un extremo de la base. Mantener el tubo estacionario en una posición vertical hasta que el pegamento caliente se haya enfriado.
Imagen cortesía de Nektarios Tsagliotis
  1. Completar el microscopio uniendo el cuerpo del microscopio al soporte. Coloque las dos gomas elásticas alrededor de los tres tubos de soporte, una en la parte superior y otra cerca de la parte inferior (o utilizar una brida de plástico en lugar de la goma elástica inferior de las dos). Luego deslice el cuerpo del microscopio por debajo de las gomas elásticas, con el ocular en la parte superior. Asegúrese de que las gomas elásticas están lo suficiente apretadas para mantener el tubo del cuerpo en posición, pero que aún puede moverse hacia arriba y hacia abajo.
  2. Ajustar la posición para que el extremo del objetivo esté unos pocos centímetros por encima de la base. ¡El microscopio está listo!
  3. Para ver un objeto bajo el microscopio, colóquelo en la base, en el marco del objetivo. Enfocarlo deslizando el tubo del cuerpo hacia arriba y hacia abajo hasta encontrar la posición correcta. (Si usted está utilizando la versión brida-goma elástica, se enfoque girando el tubo del microscopio con suavidad y moviéndolo simultáneamente hacia arriba y hacia abajow3.)
    Dirigir una luz brillante, como una lámpara de escritorio o de una pequeña linterna o foco en el objeto le dará mejores imágenes.
El microscopio terminado con
una brida y una goma
elástica

Imagen cortesía de Nektarios
Tsagliotis
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis

Si usted tiene una cámara digital, usted puede incluso tomar fotos de sus muestras con aumento. Sujete la cámara contra la lente ocular, que esté firme y se sorprenderá de la claridad de las imágenes que produce.

Las muestras ampliadas: a) una hilo; b) una frambuesa; c) las patas de un isópodo
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis
El microscopio de tres lentes
A: El nuevo ocular; B: La lente
de campo, que era el ocular
del microscopio original; C:
La lente del objetivo

Mejorando las imágenes

Para conseguir imágenes aún más nítidas, con menos distorsión, puedes crear una versión con una lente adicional (una lente de campo) entre el ocular y el objetivo. Para ello, tienes que haber utilizado un conector de tubo en lugar de un recipiente de película para el ocular, ya que el diámetro del recipiente de película es demasiado grande para mantener la lente. Entonces todo lo que tienes que hacer es agregar otra unidad de lente, y la arandela en la parte superior del conector: este será el nuevo ocular. El ocular del modelo original (descrito anteriormente) se convierte en la lente de campo del modelo de tres lentes.

Materiales para el microscopio mejorado con tres lentes
Imágenes cortesía de Nektarios Tsagliotis

Actividad de Clase

La idea es que estudiantes de 10 a 14 años de edad usen el microscopio de una manera similar a Robert Hooke, recreando el método científico auténtico del descubrimiento. Los estudiantes ven un objeto utilizando el microscopio y luego hacen un boceto detallado y una descripción. Después, la clase discute sus resultados.

Semillas de tomillo, como se
ilustran en la Micrographia
de Hooke

Imagen cortesía de the Project
Gutenberg
  1. Prepare algunas impresiones de páginas de Micrographia, incluyendo bocetos de Hooke de elementos similares a los que los estudiantes van a estudiar con el microscopio (ver lista abajo), junto con una versión simplificada de la descripción de texto en cada casow4.
  2. Recoja una selección de objetos adecuados para observar bajo el microscopio. Puedes intentar:
    • Un punto final impreso y uno escrito a mano (punto)
    • La punta de una aguja
    • Retales de tejido
    • Granos de arena, azúcar y sal
    • Semillas de plantas y demás partes de las plantas
    • Insectos pequeños (por ejemplo, hormigas) o otros artrópodos (por ejemplo, isópodos – cochinillas) anestesiados por colocación en una solución de alcohol (20-30%, por ejemplo, una solución antiséptica) alrededor de 15 minutos
Los científicos, por Rita Greer
(2007). Después de que
Robert Hooke terminó su
educación y obtuvo su
doctorado en la Christ
Church, Oxford, Reino Unido,
donde ayudó a Robert Boyle.
Hooke se muestra en la
botica del Dr. Cross en
Oxford, montando un
experimento utilizando la
bomba de aire que diseñó y
construyó. Hooke coloca la
esfera de cristal, mientras
que Boyle supervisa. La
artista utiliza el dibujo del
propio trabajo de Hoole de la
bomba de aire de precisión

Imagen cortesía de Rita Greer;
fuente de la imagen: Wikimedia
Commons
  1. A continuación, coloque los microscopios (nosotros hicimos uno por cada pareja de alumnos), asegurando que haya suficiente luz para ver (por ejemplo, con un foco de lectura o una linterna potente).
  2. Comience la lección con una breve reseña de quién fue Robert Hooke y su vida (He encontrado que es eficaz para enganchar la curiosidad de los estudiantes acerca de su trabajo). La serie de pinturas de la artista especializada en historia Rita Greer, que representan la vida de Robert Hooke desde su niñez, son un recurso útilw5.
  3. Divida a los alumnos en parejas, con lápices y papel para dibujar y tomar notas, además de un dibujo y la descripción de Micrographia como ejemplo a seguir. Cada estudiante de cada pareja debe turnarse con el microscopio, ver y dibujar el objeto, a continuación, escribir una descripción.
    Como parte de nuestro proyecto, he desarrollado un conjunto de siete folletos para cada tipo de muestra observada. Estos se pueden descargar de forma gratuita en inglés o griegow6.
  4. Los estudiantes deben discutir sus observaciones, lo escrito y los dibujos en parejas y/o en grupos de cuatro, antes de informar a toda la clase.
Imagen cortesía de Nektarios
Tsagliotis

Mis alumnos estaban entusiasmados con la actividad, haciendo un gran esfuerzo para trabajar de manera “científica”, como Hooke. Incluso aquellos que se quejaron de que no podían dibujar lo intentaron realmentew7 trataron de describir el objeto verbalmente. Todo el proyecto alienta a mis estudiantes a “hacer ciencia” por sí mismos, la desmitificación de que en el proceso: ellos utilizan un instrumento que ellos mismos habían construido con materiales sencillos.

Agradecimientos

Este proyecto es parte del trabajo de investigación realizado por el grupo griego del proyecto “Historia y Filosofía de la ciencia para la Enseñanza de las ciencias” (History and Philosophy of Science in Science Teaching, HIPST)w8, financiado por el 7º Programa Marco, Ciencia en Sociedad-2007-2.2.1.2 – métodos de enseñanza.

El autor desea agradecer a la coordinadora del grupo de investigación griego del proyecto HIPST, Fanny Seroglou (profesora asociada en la Universidad Aristóteles de Tesalónica) por su apoyo en el proyecto.

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Web References

Resources

  • Para un artículo más detallado sobre este proyecto, véase:
    • Tsagliotis N (2010) Microscope studies in primary science: following the footsteps of R Hooke in Micrographia. In Kalogiannakis, M Stavrou D, Michaelidis P (eds) Proceedings of the 7th International Conference on Hands-on Science. 25-31 July 2010, Rethymno-Crete, pp. 212–221. www.clab.edc.uoc.gr/HSci2010

  • Para una descripción de un microscopio similar de construcción sencilla, véase:
  • Para una explicación detallada de cómo construir un microscopio algo más compleja pero más estable, ver: www.funsci.com/fun3_en/ucomp1/ucomp1.htm

Author(s)

Nektarios Tsagliotis es un profesor-investigador en el campo de la educación científica. Ha sido profesor de primaria de ciencia durante los últimos 15 años y también trabaja como investigador en la Universidad de Creta, en el departamento de educación primaria. En este papel, él está a cargo del Laboratorio de Ciencias de Primaria en la 9ª Escuela Primaria de Rethymno, Creta, brindando apoyo y aprendizaje en servicio para los docentes de la región. Él está interesado en la enseñanza basado en la investigación y el aprendizaje en la ciencia, en auténticos ambientes de investigación.


Review

Nunca habría pensado que era tan fácil y barato de construir un microscopio de luz. Las actividades en este artículo sin duda ayudarán a los estudiantes a entender cómo funciona un microscopio y apreciar su trabajo una vez que se llega a utilizar el microscopio y ver con sus propios ojos lo que estableció Robert Hooke en su fascinante viaje. Este es un proyecto muy interesante que incluso podría llevarse a cabo como parte de una exposición de ciencias en la escuela – ¡con un premio para el mejor, para el microscopio más innovador!

Aunque el autor lleva a cabo el proyecto con estudiantes de 10 a 14 años de edad, se debería usar con estudiantes de más edad (15-18), mi experiencia con los estudiantes más jóvenes es que tienden a carecer de la destreza necesaria y la paciencia. Para los mayores, la actividad podría ampliarse a investigar lo que sucede utilizando lentes de diferentes tamaños.


Andrew Galea, Giovanni Curmi Higher Secondary School, Naxxar, Malta




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