Bouw je eigen microscoop door in de voetsporen te treden van Robert Hooke

Net als de telescoop, werd de microscoop beroemd gemaakt door wat de eerste gebruikers ermee bereikten. Wanneer we nadenken over de telescoop in de geschiedenis denken we aan Galileo Galilei (1564-1642) en zijn baanbrekende observaties van de maan en de planeten. Ook de Engels wetenschapper Robert Hooke (1635-1703) was een van de eersten die zich realiseerde welke mogelijkheden de microscoop heeft. In zijn boek Micrographia, gepubliceerd in 1665, verbaasde Hooke het publiek met een fantastische wereld waar alledaagse voorwerpen zoals naalden en haren, mieren en spinnen werden veranderd door vergroting.

Vanaf zeer jonge leeftijd dreef de nieuwsgierige geest van Robert Hooke hem ertoe om vele wetenschappelijke domeinen te bestuderen (daarom werd hij wel de ' Leonardo van Engeland ' genoemd). In 1662 werd hij ingehuurd door de net opgerichte Engelse natuurwetenschappelijke academie, de Royal Society, voor het uitvoeren van onderzoek met de microscoop. Drie jaar later publiceerde hij deze en vele van zijn andere onderzoeken in Micrographia.

Dit enorme boek is gevuld met beschrijvingen van wat Hooke zag onder de microscoop. Hij beweerde dat zijn doel was om 'een oprechte hand, en een trouw oog bij het onderzoek te gebruiken en de dingen op te nemen zoals ze er uit zien'. Samen met beschrijvingen, maakte Hooke verbluffend gedetailleerde tekeningen van de objecten die hij bekeek. Zijn levendige tekeningen van insecten deed ze lijken, 'alsof het leeuwen of olifanten waren zoals je die met het blote oog ziet’ zoals hij opmerkte. Het boek was een groot succes en wordt nog steeds beschouwd als een meesterwerk van de wetenschappelijke literatuur.

Micrographia was de inspiratie voor mijn klasseproject dat twee doelen had: Ten eerste, een werkende microscoop bouwen geïnspireerd op de vroege modellen, met goedkope, eenvoudig te verkrijgen moderne materialen, die leerlingen kunnen gebruiken in de klas; en ten tweede voor de leerlingen om zelf de wereld van de microscopie te onderzoeken, waarbij ze Robert Hooke’s studies als uitgangspunt nemen en waarbij ze hun eigen waarnemingen produceren in de vorm van schetsen en beschrijvingen.

De microscoop die ik met mijn leerlingen bouwde is een aangepaste versie van eentje die beschreven is door onderzoekers van het Museo Galileo in Florence, Italië^w1. Het is gelijk aan de bouw die gebruikt werd door Hooke en andere wetenschappers in de late 16^e en vroege 17^e eeuw en het heeft dezelfde essentiële elementen: twee lenzen (objectief en oculair), een microscoopbuis en een diafragma om optische vervorming te verminderen. De moderne materialen die we gebruikten zijn onder andere kunststoflenzen, die elk uit een wegwerpcamera werden gehaald

Eenmaal gebouwd, heeft de microscoop een vergroting van ongeveer 20 keer - ruim voldoende om de wonderen van de microscopische wereld te openbaren zoals Hooke ze zag.

Deze microscoop is duurzaam en draagbaar en kan, zodra de materialen bij elkaar zijn gezocht snel worden gesneden en op de juiste plaats geplakt (zie online video^w2). Het kan meerdere malen worden gebruikt voor onderzoeken met de microscoop en/of waarnemingen, terwijl een minimum aan onderhoud nodig is, zoals het schoonmaken van de lens en batterij- voeding voor de kijker. Bovendien kan het eenvoudig worden opgeslagen in de klas en in het laboratorium omdat het maar weinig ruimte inneemt.

Materialen

• 2 lenzen met een brandpuntsafstand van 35 mm, elk gered uit een eenmalig te gebruiken wegwerp camera.
  Zorg ervoor dat de flitser ontladen is en verwijder de batterij voordat u de camera opent. Gebruik geïsoleerd gereedschap (zoals schroevendraaiers en tangen ). De studenten kunnen hulp nodig hebben bij het verwijderen van de lenzen uit de camera's.
• 2 metalen ringen met een uitwendige doorsnede van 2 cm en een inwendige opening van ongeveer 1 cm doorsnede
• 1 zwarte papieren of rubberen schijf met een uitwendige doorsnede iets kleiner dan de ringen (ongeveer 1,2 tot 1,5 cm ) en een gaatje van ongeveer 2-3 mm doorsnede. Dit is het diafragma: het zorgt ervoor dat het midden van de lens gebruikt wordt in plaats van de randen, aangezien deze het beeld kunnen verstoren.
• 4 plastic buizen, die de microscoop stevigheid en steun geven, met de volgende afmetingen:
  • Microscoopbuis: 16,5 cm lengte, Ø18 (1,8 cm uitwendige diameter, inwendige diameter 1,6 cm)
    
  • Belangrijkste steunbuis : ongeveer 17 cm lengte, Ø 23 (2,3 cm uitwendige diameter, inwendige diameter 2 cm)
    
  • Twee kleinere ondersteunings buizen: elk ongeveer 10 cm lang, Ø16 (1,6 cm buitendiameter )

Dit zijn plastic buizen die voor huishoudelijke elektrische installaties gebruikt worden, verkrijgbaar bij bouwmarkten en of winkels voor elektrische benodigdheden.

• 1 stevige bodemplaat gemaakt van dik karton, hout of iets dergelijks, ongeveer 10 x 10 cm

• 2 sterke (rubber) elastiekjes (gebruik voor een stabielere constructie 1 sterk (post) elastiek en een tie rib)
• 1 stuk ondoorzichtig zwart papier, ongeveer 15 x 5 cm
• 1 zwart kunststof 35 mm fotorolletjesdoosje of iets dergelijks. Als alternatief kun je ook een plastic verbindingsstuk voor de buis met Ø18 gebruiken
• Een leeslamp, bij voorkeur met een klem waarmee deze aan de microscoopbasis bevestigd kan worden.
• Blutack ® (= Plakgom; kneedbare kleverige gom die gebruikt wordt om iets tijdelijk vast te maken)
• Lijmpistool met hete siliconen en tweesecondenlijm
• Scharen
• Papiersnijder
• Ijzerzaagje
• Lineaal
• Pen of potlood

Uitvoering

1. Neem de buis die de microscoop (Ø18 ) zal vormen. Rol het ondoorzichtige zwarte papier in de lengte op en plaats deze in de buis, zodat het een “voering” voor de buis vormt.
   

   
   
   

2. Maak elke lens aan een ring vast met behulp van Blutack of lijm ze voorzichtig met tweesecondenlijm. Doe een kring van Blutack om de rand van de lens en de ring.
3. Plaats één lens-ring eenheid aan het ene eind van de buis, met de ring aan de buitenkant, waarbij je de Blutack kring gebruikt om het stevig op zijn plaats te houden. Vervolgens bevestig je de andere lens-ring eenheid aan de andere kant op dezelfde manier.

4. Plaats de zwarte kartonnen of rubberen schijf bovenop van een van de ringen aan het eind van de buis en zet het vast met Blutack. De schijf vormt de microscoop objectief.
5. Maak het oculair van de microscoop: maak op de bodem van het fotorolletjesdoosje een gat dat net groot genoeg is om de microscoopbuis passend in te steken (als je een buisverbindingsstuk gebruikt, zie materiaallijst, heb je geen gat nodig). Duw de buis (het uiteinde zonder de zwarte schijf) een kort stukje in de fotorolletjesdoosje en zet hem als dat nodig is vast met lijm.

6. Bouw nu ondersteuning van de microscoopbuis. Maak met behulp van het lijmpistool en de warme siliconen, de twee kleinere buizen vast aan de draagbuis (de langste resterende buis) zodat ze dicht naast elkaar liggen, met alle drie buisjes uitgelijnd aan de ene kant en de langste buis die verder reikt dan de anderen, aan het andere uiteinde.
   

   
   
   

7. Gebruik dan het lijmpistool om het vrije eind van de langste buis aan de basis vast te maken, waarbij je het zo plaatst dat het naar het ene eind van de bodemplaat wijst. Houd de buis verticaal totdat de hete lijm afgekoeld is.

8. Voltooi de microscoop door de microscoopbuis vast te maken aan de ondersteuning. Doe de twee elastiekjes om de drie ondersteuningsbuizen, een in de buurt van de top en een in de buurt van de onderkant. (Of gebruik een plastic tie rib in plaats van de onderste van de twee elastieken.) Schuif vervolgens de microscoopbuis onder de banden, met het oculair bovenaan. Zorg ervoor dat de banden strak genoeg zitten om het lichaam buis in positie te houden, maar wel zo dat het nog steeds op en neer kan bewegen.
9. Stel de microscoop in, zodanig dat het objectief een paar centimeter boven de bodemplaat zit. Je microscoop is nu klaar!
10. Om een object onder de microscoop te bekijken, plaats het op de bodemplaat, onder het objectief. Breng het in beeld door de microscoopbuis op en neer te schuiven van het totdat je de juiste positie hebt gevonden. (Als je de tie rib versie gebruikt, breng dan de microscoopbuis in positie door hem voorzichtig en tegelijkertijd op en neer te bewegen^w3.)
    Door met helder licht van b.v. een bureaulamp of een kleine zaklamp of schijnwerper op het object te schijnen, geeft je nog betere beelden.

Als je een digitale camera hebt, kun je zelfs foto’s maken van je vergrote specimen. Houd de camera tegen het oculair, houd hem goed stil en je zult versteld staan van de helderheid van de beelden die je kunt maken.

Het beeld verbeteren

Om nog scherpere beelden te krijgen met minder vervorming, kun je een versie bouwen met een extra lens (een veldlens) tussen het oculair en het objectief. Hiervoor moet je voor het oculair een buisverbindingsstuk gebruikt hebben in plaats van een fotorolletjesdoosje, aangezien de diameter van het fotorolletjesdoosje te groot is om de lens vast te houden. Dan is alles wat je hoeft te doen is het toevoegen van een andere lens-ring aan de bovenkant van het buisverbindingsstuk: dit is het nieuwe oculair. Het oculair van het oorspronkelijke model (hierboven beschreven) wordt de veldlens van het drie-lens model.

Klasactiviteiten

Het idee is ontwikkeld om met 10 tot 14 -jarige leerlingen de microscoop te gebruiken op een manier zoals Robert Hooke deed. Hierbij wordt een authentieke wetenschappelijke ontdekkingsmethode opnieuw toegepast. De leerlingen bekijken een object met behulp van de microscoop en maken daar vervolgens een gedetailleerde schets van en een beschrijving bij. Daarna bespreekt de klas de resultaten.

1. Maak een aantal kopieën van pagina's uit Micrographia, met inbegrip van Hooke ‘s schetsen van items vergelijkbaar met die die de studenten gaan bestuderen met de microscoop (zie onderstaande lijst), samen met een vereenvoudigde versie van de tekst- beschrijving voor elk onderdeel^w4.
2. Verzamel een selectie van geschikte objecten onder de microscoop te bekijken. Je zou kunnen proberen:
   • Een gedrukte en een handgeschreven punt
   • De punt van een naald
   • Stukjes stof
   • Zand-, suiker- en zoutkorrels
   • Plantenzaden of andere stukjes van een plant
   • Kleine insecten (bv mieren) of andere geleedpotigen (bv isopda – pissebedden)

   
   
   

3. Zet dan de microscoop klaar (we gebruikten er één voor twee leerlingen), verzeker je ervan dat er genoeg licht is om goed te kunnen zien (bv met een leeslamp of een sterke zaklamp).
4. Start de les met een korte uiteenzetting over wie Robert Hooke was en vertel zijn levensverhaal (Ik merkte dat dit effectief was om de leerlingen nieuwsgierig naar zijn werk te maken). Een serie schilderijen van historisch kunstenaar Rita Greer, voorstellende Robert Hooke ‘s leven vanaf zijn jeugd zijn nuttige bronnen^w5.
5. Verdeel de leerlingen in tweetallen, geef ze potloden en papier om te schetsen en aantekeningen te maken, plus een tekening en beschrijving van Micrographia als voorbeeld. Elke leerling moet om de beurt met de microscoop werken, het object bekijken en schetsen en daarna een beschrijving noteren.
   Als onderdeel van ons project heb ik een reeks van zeven werkbladen gemaakt voor elk te bekijken type specimen. Deze kunt u gratis downloaden in het Engels of Grieks^w6.
6. De leerlingen moeten in paren en / of in groepen van vier discussiëren over hun waarnemingen, beschrijvingen en tekeningen, voordat ze het rapporteren aan de hele klas.

Mijn studenten waren enthousiast over de activiteit en deden erg hun best op een natuurwetenschappelijke manier te werken, net als Hooke deed. Zelfs degenen die klaagden dat ze niet konden tekenen deden erg hun best^w7 en probeerden om het voorwerp mondeling te beschrijven. Het hele project moedigde mijn studenten aan om zelf 'te doen aan wetenschap' en ontdeden het van zijn aureool tijdens het hele proces: ze gebruikten een instrument dat ze zelf gebouwd hadden met behulp van eenvoudige materialen.

Met dank aan

Dit project maakt deel uit van het onderzoek uitgevoerd door de Griekse groep voor ' Geschiedenis en Filosofie van Wetenschap in het wetenschappelijk onderwijs ' (HIPST ) project^w8, gefinancierd door het 7e Kaderprogramma, Wetenschap in de maatschappij -2007- 2.2.1.2 - onderwijsmethoden.

De auteur wil de coördinator van de Griekse onderzoeksgroep van het HIPST project, Fanny Seroglou (universitair hoofddocent aan de Aristoteles Universiteit van Thessaloniki) bedanken voor haar steun aan het project.