Microscópios e Telescópios.
Nesse post vamos falar sobre o funcionamento de microscópios e telescópios e como estes aparelhos evoluíram desde sua invenção.
Desde a invenção do microscópio por volta de 1590, houve uma ampliação dos conhecimentos de biologia básica, pesquisa biomédica, diagnósticos médicos e ciência dos materiais. Os microscópios de luz podem ampliar objetos em até 1000 vezes e revelar detalhes mínimos. A tecnologia da microscopia de luz evoluiu muito desde os microscópios de Robert Hooke e Antoni van Leeuwenhoek.
- Principais partes e diferenças;
Um microscópio de luz funciona de maneira muito parecida com um telescópio de refração, mas com algumas diferenças nos espelhos. Recapitulemos brevemente como um telescópio funciona.
Um telescópio deve capturar muita luz de um objeto fosco e distante. Por este motivo, ele precisa de uma grande lente objetiva para captar o máximo de luz possível trazendo-a para um foco brilhante. Como a objetiva é grande, a imagem do objeto forma-se um pouco mais longe. Por essa razão, os telescópios são muito maiores do que os microscópios. A ocular do telescópio amplia a imagem quando a traz para o alcance da visão do observador.
Ao contrário de um telescópio, o microscópio capta luz de uma área minúscula, de um espécime fino, bem iluminado e que está próximo. Por isso o microscópio não precisa de uma grande objetiva. Essa lente em um microscópio é pequena e esférica, o que significa que a distância focal é muito menor em cada lado. Assim a imagem do objeto é focalizada a uma curta distância e dentro do tubo do microscópio. Essa imagem é ampliada por uma segunda lente, chamada lente ocular ou, simplesmente, ocular, que a traz para o seu campo de visão.
Outra diferença importante entre um telescópio e um microscópio é que este último tem uma fonte de luz e um condensador. O condensador é um sistema de lentes que focaliza a luz da fonte em um lugar minúsculo e brilhante do espécime, na mesma área que está sendo examinada pela objetiva.
Além disso, ao contrário do telescópio que tem uma objetiva fixa e oculares permutáveis, os microscópios geralmente têm lentes objetivas intercambiáveis e oculares fixas. Pela troca das objetivas (desde as objetivas de baixa ampliação e relativamente planas, até as de grande ampliação e arredondadas), um microscópio é capaz de trazer áreas cada vez menores para o campo de visão, uma vez que a captação da luz não é a tarefa principal da objetiva do microscópio como no caso do telescópio.
Mais adiante nesse artigo veremos as partes de um microscópio.
Faça um microscópio simples
Usando uma lente de aumento e uma folha de papel pode-se fazer um microscópio simples.
- Consiga duas lentes de aumento e uma folha de papel impressa.
- Segure uma das lentes de aumento a uma curta distância acima do papel. A imagem do que está impresso parecerá um pouco maior.
- Coloque a segunda lente de aumento entre seus olhos e a primeira lente de aumento.
- Mova a segunda lente para cima e para baixo, até que o impresso fique focalizado com nitidez. O resultado é que o impresso parecerá maior do que quando visto pela primeira lente de aumento.
Pode-se também fazer um microscópio simples com o furo de um alfinete, que funciona como uma câmera sem lentes.
- Qualidade da imagem;
Ao se olhar para um espécime usando um microscópio, a qualidade da imagem é avaliada pelas seguintes características: brilho, foco, resolução e contraste.
Brilho - qual a intensidade de luz ou obscuridade da imagem? A luminosidade está relacionada ao sistema de iluminação e pode ser alterada mudando-se a voltagem da lâmpada (reostato) e ajustando-se o condensador e as aberturas do diafragma ou do furo feito com a agulha. A luminosidade está também relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior a abertura, mais brilho terá a imagem). Á esquerda, imagem de grão de pólen sob boa luminosidade, e à direita, sob fraca luminosidade:
Foco - a imagem está borrada ou bem definida? O foco está relacionado com a distância focal e pode ser controlado com os botões de focalização. A espessura do vidro no slide do espécime pode também afetar uma boa visualização da imagem - pode ser muito espessa para a objetiva. A espessura correta da lâmina do vidro de cobertura está escrita na lateral da objetiva. Imagem de um grão de pólen no foco (esquerda) e fora de foco (direita):
Resolução - qual a distância mínima entre dois pontos na imagem a partir da qual eles passam a ser vistos como um único ponto? A resolução está relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior for a abertura numérica, melhor será a resolução) e ao comprimento da onda da luz que passa através das lentes (quanto mais curto o comprimento de onda, melhor a resolução). Imagem de um grão de pólen com boa resolução (esquerda) e com baixa resolução (direita)
Contraste - qual a diferença em luminosidade entre áreas adjacentes do espécime? O contraste está relacionado ao sistema de iluminação e pode ser ajustado pela mudança na intensidade de luz e da abertura do diafragma. Pode-se também colorir quimicamente o espécime para aumentar o contraste. Imagem de um grão de pólen com bom contraste (esquerda) e com contraste ruim (direita)
- Tipos de microscópios
Uma forma de melhorar o contraste é tratar o espécime com pigmentos coloridos, ou corantes, que se ligam às estruturas específicas dentro dele. Tipos diferentes de microscopia foram desenvolvidos para melhorar o contraste nos espécimes. As especializações encontram-se principalmente nos sistemas de iluminação e nos tipos de luz que atravessam o espécime. Por exemplo, um microscópio de campo escuro usa um condensador especial para bloquear a maior parte da luz brilhante e para iluminar o espécime com luz oblíqua, de forma semelhante ao que a lua faz quando bloqueia a luz do sol durante um eclipse solar. Esse ajuste óptico fornece um plano de fundo totalmente escuro e aumenta o contraste da imagem para salientar pequenos detalhes - áreas brilhantes nos limites da amostra.
As diversas técnicas da microscopia de luz são: campo claro, campo escuro e iluminação de Rheinberg.
Campo claro - é a configuração básica do microscópio (as imagens vistas até agora são todas de microscópios de campo claro). É uma técnica que tem muito pouco contraste. Nas imagens mostradas até agora, grande parte do contraste foi obtida tingindo-se os espécimes.
Campo escuro - essa configuração aumenta o contraste, como mencionado anteriormente.
Iluminação Rheinberg - trata-se de uma configuração semelhante ao do campo escuro, mas que usa uma série de filtros para produzir uma "coloração óptica" do espécime.
As técnicas que serão mostradas abaixo usam os mesmos princípios básicos da iluminação Rheinberg e conseguem resultados distintos usando componentes ópticos diferentes. A idéia básica envolve a divisão do feixe de luz em dois caminhos que iluminam o espécime. As ondas de luz que passam através de estruturas densas no interior do espécime têm a velocidade diminuída, comparativamente com aquelas que passam por estruturas menos densas. Como todas as ondas de luz são coletadas e transmitidas para a ocular, elas se recombinam de modo que acabam por interferir umas com as outras. Os padrões de interferência fornecem contraste: podem mostrar áreas escuras (mais densas) contra um plano de fundo claro (menos denso) ou criar um tipo de falsa imagem tridimensional (3D).
Contraste de fase - é a melhor técnica para examinar espécimes vivos (como células cultivadas, por exemplo).
Em um microscópio de contraste de fase, a luz é separada pelos anéis anulares na objetiva e pelo condensador. A luz que passa através da parte central do trajeto de luz é recombinada com a luz que se propaga em torno da periferia do espécime. A interferência produzida por esses dois trajetos produz imagens nas quais as estruturas densas aparecem mais escuras do que o fundo.
Contraste de interferência diferencial (DIC) - o DIC usa filtros polarizadores e prismas para separar e recombinar trajetos de luz dando ao espécime uma aparência tridimensional. O DIC também é chamado de Nomarski, em homenagem ao homem que o inventou.
Contraste de modulação Hoffman- é semelhante ao DIC, exceto pelo fato de usar placas com pequenas fendas no eixo do trajeto da luz, assim como fora dele, produzindo dois conjuntos de ondas de luz que passam através do espécime. Como anteriormente, é formada uma imagem em 3D.
Polarização - o microscópio de luz polarizada usa um polarizador de cada lado do espécime posicionados ortogonalmente, de tal forma que somente a luz que passe através do espécime alcance a ocular. A luz é polarizada em um plano à medida que passa através do primeiro filtro e alcança o espécime. Partes padronizadas ou cristalinas do espécime, com espaçamento regular, giram a luz passando através delas. Uma porção dessa luz que foi girada passa através do segundo filtro de polarização, de modo que essas áreas regularmente espaçadas mostram brilho contra um plano de fundo escuro.
Fluorescência - este tipo de microscópio usa luz de comprimento de onda curto e de alta energia (normalmente ultravioleta) para excitação de elétrons dentro de algumas moléculas no interior do espécime, fazendo com que esses elétrons mudem para órbitas com mais energia. Quando voltam para seus níveis de energia iniciais, emitem luz com menos energia e comprimento de onda maior (geralmente no espectro visível) formando, dessa maneira, a imagem.
- Partes de um microscópio de luz;
Um microscópio de luz, seja um simples microscópio estudantil, seja um complexo microscópio de pesquisa, possui os seguintes sistemas fundamentais:
Controle de espécime - segura e manipula o espécime.
estágio ou platina - é o apoio para o espécime.
clips - usado para segurar o espécime que ainda esteja sobre o estágio (quando se está examinando uma imagem ampliada, mesmo os menores deslocamentos podem mover partes da imagem para fora do campo de visão).
micromanipulador - dispositivo que lhe permite mover o espécime de forma controlada, em pequenos incrementos ao longo dos eixos x e y (útil para a varredura de um slide).
Iluminação - espalha a luz sobre o espécime (o sistema mais simples de iluminação é um espelho refletindo a luz do ambiente através do espécime).lâmpada - fonte produtora da luz (as lâmpadas são bulbos de luz de filamento de tungstênio. Para aplicações específicas, lâmpadas de mercúrio e xenônio podem ser usadas para produzir luz ultravioleta. Alguns microscópios usam lasers para fazer a varredura do espécime).
reostato - altera a corrente aplicada à lâmpada para controlar a intensidade de luz produzida.
condensador - sistema de lentes que alinha e focaliza a luz da lâmpada sobre o espécime.
diafragmas ou aberturas de furo de agulha - colocados no trajeto da luz para alterar a quantidade de luz que alcança o condensador (para aumento do contraste da imagem).
Lentes - formam a imagem.
objetiva - capta a luz do espécime
ocular - transmite e amplia a imagem da objetiva para o olho
porta-objetiva - montagem rotativa que segura muitas objetivas
tubo - segura a ocular a uma distância adequada da lente objetiva e bloqueia a luz dispersa
Foco - a objetiva deve ser posicionada na distância correta do espécime
botão de ajuste focal grosseiro - usado para trazer o objeto até o plano focal da objetiva
botão de ajuste focal fino - usado para fazer ajustes precisos na hora de focalizar a imagem
braço - parte curva que segura todas as partes ópticas a uma distância fixa e as alinha
base - suporta o peso de todas as partes do microscópio
O tubo é ligado ao braço do microscópio por meio da engrenagem de pinhão e cremalheira. Esse sistema possibilita focalizar a imagem durante a mudança de lentes ou de observadores e afastar as lentes do estágio durante a troca de espécimes.
Algumas partes mencionadas acima não são mostradas no diagrama e variam entre microscópios. Os microscópios vêm em duas configurações básicas: vertical e invertido. O microscópio mostrado no diagrama é ummicroscópio vertical, com iluminação embaixo do estágio e sistemas de lentes acima do estágio. O microscópio invertido tem o sistema de iluminação acima do estágio e o sistema de lentes embaixo. Os microscópios invertidos são melhores para olhar através de espécimes espessos, como pratos de células cultivadas, porque as lentes ficam muito próximas do fundo do prato onde a células nascem.
Os microscópios de luz revelam estruturas de células vivas e de tecidos, bem como de amostras inertes como rochas e semicondutores. O microscópio de luz é responsável pelo grande avanço da área biomédica e continua a ser um instrumento poderoso para os cientistas.
- Quanto aos telescópios...
Esse é o projeto do telescópio mais simples que você poderia conseguir. Uma lente grande junta a luz e a direciona para o ponto focal e uma lente pequena traz a imagem para seu olho.
A maioria dos telescópios que você vê é de um desses dois tipos:
- o telescópio refrator, que usa lentes de vidro;
- o telescópio refletor, que usa espelhos em vez de lentes.
Termos relacionados aos telescópios
- côncava - lente ou espelho que faz com que a luz se espalhe;
- convexa - lente ou espelho que faz com que a luz se junte em um único ponto focal;
- campo de visão - área do céu que pode ser vista pelo telescópio com uma ocular específica;
- distância focal - distância requerida por uma lente ou espelho para focalizar a luz;
- ponto focal ou foco- ponto em que a luz de uma lente ou espelho se junta;
- poder de ampliação(potência) - distância focal do telescópio dividida pela distância focal da ocular;
- resolução - indica quão perto dois objetos podem ficar e ainda serem detectados como objetos separados, normalmente medida em arc-segundos; a resolução é importante para revelar detalhes finos de um objeto e está relacionada à abertura do telescópio.
Ambos fazem exatamente a mesma coisa, mas de maneiras completamente diferentes.
Para entender como funcionam os telescópios, temos de fazer a seguinte pergunta: por que não é possível ver um objeto distante? Por exemplo, por que não é possível ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos a olho nu quando ela está a uma distância de 55 m? A resposta para essa pergunta é simples: o objeto não ocupa muito espaço na tela de seu olho (retina). Se você quiser pensar nisso em termos de uma câmera digital, em 55 m não há pixels suficientes no sensor de sua retina para que você consiga ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos.
Se você tivesse um "olho maior," poderia captar mais luz do objeto e criar uma imagem mais brilhante, o que tornaria possível ampliar parte dessa imagem para que se esticasse e ocupasse mais pixels de sua retina. No telescópio há duas partes que tornam isso possível:
- a lente objetiva (em refratores) ou oespelho primário (nos refletores) captam muita luz de um objeto distante e trazem essa luz, ou imagem, para um ponto ou foco;
- uma lente ocular "pega" a luz do foco da objetiva ou do espelho primário e a amplia para que ocupe uma grande porção da retina. Esse é o mesmo princípio que a lente de aumento usa: ela pega uma imagem pequena no papel e a espalha pela retina do olho para que pareça maior.
Se você combinar a objetiva ou o espelho primário com a ocular, terá um telescópio. Novamente, a idéia básica é captar muita luz para formar uma imagem brilhante dentro do telescópio e então usar algo como uma lente de aumento para ampliar essa imagem brilhante, fazendo com que ela ocupe bastante espaço em sua retina.
Um telescópio tem duas propriedades gerais:
- sua capacidade de captar a luz;
- sua capacidade de ampliar a imagem.
A capacidade que um telescópio tem de captar a luz está diretamente relacionada ao diâmetro da lente ou do espelho – a abertura – que é usada para captar a luz. Geralmente, quanto maior a abertura, mais luz o telescópio capta e traz para o foco, deixando a imagem final mais brilhante.
O poder de ampliação do telescópio, sua capacidade de aumentar uma imagem, depende da combinação de lentes utilizada. A ocular é que realiza essa ampliação. Já que a ampliação pode ser atingida por quase qualquer telescópio usando oculares diferentes, a abertura acaba sendo uma característica mais importante do que a ampliação.
Para entender como isso funciona em um telescópio, vamos dar uma olhada em como o telescópio refrator (o tipo que tem lentes) amplia uma imagem de um objeto distante e a faz parecer mais próxima.
Crie um telescópio simples
- Pegue duas lentes de aumento (funciona melhor se uma for maior do que a outra) e um papel com algo impresso.
- Segure uma das lentes de aumento (a maior) entre você e o papel. A imagem impressa parecerá borrada.
- Coloque a segunda lente de aumento entre seu olho e a primeira lente de aumento.
- Mova a segunda lente para frente ou para trás até que a folha impressa fique nítida em foco. Você notará que o que está impresso aparecerá maior e invertido.
a seguir, um vídeo explicativo sobre instrumentos como telescópios, microscópios e lunetas:
Espero que vocês tenham gostado.
Até a próxima postagem!
- Principais partes e diferenças;
Um microscópio de luz funciona de maneira muito parecida com um telescópio de refração, mas com algumas diferenças nos espelhos. Recapitulemos brevemente como um telescópio funciona.
Um telescópio deve capturar muita luz de um objeto fosco e distante. Por este motivo, ele precisa de uma grande lente objetiva para captar o máximo de luz possível trazendo-a para um foco brilhante. Como a objetiva é grande, a imagem do objeto forma-se um pouco mais longe. Por essa razão, os telescópios são muito maiores do que os microscópios. A ocular do telescópio amplia a imagem quando a traz para o alcance da visão do observador.
Ao contrário de um telescópio, o microscópio capta luz de uma área minúscula, de um espécime fino, bem iluminado e que está próximo. Por isso o microscópio não precisa de uma grande objetiva. Essa lente em um microscópio é pequena e esférica, o que significa que a distância focal é muito menor em cada lado. Assim a imagem do objeto é focalizada a uma curta distância e dentro do tubo do microscópio. Essa imagem é ampliada por uma segunda lente, chamada lente ocular ou, simplesmente, ocular, que a traz para o seu campo de visão.
Outra diferença importante entre um telescópio e um microscópio é que este último tem uma fonte de luz e um condensador. O condensador é um sistema de lentes que focaliza a luz da fonte em um lugar minúsculo e brilhante do espécime, na mesma área que está sendo examinada pela objetiva.
Além disso, ao contrário do telescópio que tem uma objetiva fixa e oculares permutáveis, os microscópios geralmente têm lentes objetivas intercambiáveis e oculares fixas. Pela troca das objetivas (desde as objetivas de baixa ampliação e relativamente planas, até as de grande ampliação e arredondadas), um microscópio é capaz de trazer áreas cada vez menores para o campo de visão, uma vez que a captação da luz não é a tarefa principal da objetiva do microscópio como no caso do telescópio.
Mais adiante nesse artigo veremos as partes de um microscópio.
Faça um microscópio simples
Usando uma lente de aumento e uma folha de papel pode-se fazer um microscópio simples.
- Consiga duas lentes de aumento e uma folha de papel impressa.
- Segure uma das lentes de aumento a uma curta distância acima do papel. A imagem do que está impresso parecerá um pouco maior.
- Coloque a segunda lente de aumento entre seus olhos e a primeira lente de aumento.
- Mova a segunda lente para cima e para baixo, até que o impresso fique focalizado com nitidez. O resultado é que o impresso parecerá maior do que quando visto pela primeira lente de aumento.
Pode-se também fazer um microscópio simples com o furo de um alfinete, que funciona como uma câmera sem lentes.
- Qualidade da imagem;
Ao se olhar para um espécime usando um microscópio, a qualidade da imagem é avaliada pelas seguintes características: brilho, foco, resolução e contraste.
Brilho - qual a intensidade de luz ou obscuridade da imagem? A luminosidade está relacionada ao sistema de iluminação e pode ser alterada mudando-se a voltagem da lâmpada (reostato) e ajustando-se o condensador e as aberturas do diafragma ou do furo feito com a agulha. A luminosidade está também relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior a abertura, mais brilho terá a imagem). Á esquerda, imagem de grão de pólen sob boa luminosidade, e à direita, sob fraca luminosidade:
Foco - a imagem está borrada ou bem definida? O foco está relacionado com a distância focal e pode ser controlado com os botões de focalização. A espessura do vidro no slide do espécime pode também afetar uma boa visualização da imagem - pode ser muito espessa para a objetiva. A espessura correta da lâmina do vidro de cobertura está escrita na lateral da objetiva. Imagem de um grão de pólen no foco (esquerda) e fora de foco (direita):
Resolução - qual a distância mínima entre dois pontos na imagem a partir da qual eles passam a ser vistos como um único ponto? A resolução está relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior for a abertura numérica, melhor será a resolução) e ao comprimento da onda da luz que passa através das lentes (quanto mais curto o comprimento de onda, melhor a resolução). Imagem de um grão de pólen com boa resolução (esquerda) e com baixa resolução (direita)
Contraste - qual a diferença em luminosidade entre áreas adjacentes do espécime? O contraste está relacionado ao sistema de iluminação e pode ser ajustado pela mudança na intensidade de luz e da abertura do diafragma. Pode-se também colorir quimicamente o espécime para aumentar o contraste. Imagem de um grão de pólen com bom contraste (esquerda) e com contraste ruim (direita)
- Tipos de microscópios
Uma forma de melhorar o contraste é tratar o espécime com pigmentos coloridos, ou corantes, que se ligam às estruturas específicas dentro dele. Tipos diferentes de microscopia foram desenvolvidos para melhorar o contraste nos espécimes. As especializações encontram-se principalmente nos sistemas de iluminação e nos tipos de luz que atravessam o espécime. Por exemplo, um microscópio de campo escuro usa um condensador especial para bloquear a maior parte da luz brilhante e para iluminar o espécime com luz oblíqua, de forma semelhante ao que a lua faz quando bloqueia a luz do sol durante um eclipse solar. Esse ajuste óptico fornece um plano de fundo totalmente escuro e aumenta o contraste da imagem para salientar pequenos detalhes - áreas brilhantes nos limites da amostra.
As diversas técnicas da microscopia de luz são: campo claro, campo escuro e iluminação de Rheinberg.
Campo claro - é a configuração básica do microscópio (as imagens vistas até agora são todas de microscópios de campo claro). É uma técnica que tem muito pouco contraste. Nas imagens mostradas até agora, grande parte do contraste foi obtida tingindo-se os espécimes.
Campo escuro - essa configuração aumenta o contraste, como mencionado anteriormente.
Iluminação Rheinberg - trata-se de uma configuração semelhante ao do campo escuro, mas que usa uma série de filtros para produzir uma "coloração óptica" do espécime.
As técnicas que serão mostradas abaixo usam os mesmos princípios básicos da iluminação Rheinberg e conseguem resultados distintos usando componentes ópticos diferentes. A idéia básica envolve a divisão do feixe de luz em dois caminhos que iluminam o espécime. As ondas de luz que passam através de estruturas densas no interior do espécime têm a velocidade diminuída, comparativamente com aquelas que passam por estruturas menos densas. Como todas as ondas de luz são coletadas e transmitidas para a ocular, elas se recombinam de modo que acabam por interferir umas com as outras. Os padrões de interferência fornecem contraste: podem mostrar áreas escuras (mais densas) contra um plano de fundo claro (menos denso) ou criar um tipo de falsa imagem tridimensional (3D).
Contraste de fase - é a melhor técnica para examinar espécimes vivos (como células cultivadas, por exemplo).
Em um microscópio de contraste de fase, a luz é separada pelos anéis anulares na objetiva e pelo condensador. A luz que passa através da parte central do trajeto de luz é recombinada com a luz que se propaga em torno da periferia do espécime. A interferência produzida por esses dois trajetos produz imagens nas quais as estruturas densas aparecem mais escuras do que o fundo.
Contraste de interferência diferencial (DIC) - o DIC usa filtros polarizadores e prismas para separar e recombinar trajetos de luz dando ao espécime uma aparência tridimensional. O DIC também é chamado de Nomarski, em homenagem ao homem que o inventou.
Contraste de modulação Hoffman- é semelhante ao DIC, exceto pelo fato de usar placas com pequenas fendas no eixo do trajeto da luz, assim como fora dele, produzindo dois conjuntos de ondas de luz que passam através do espécime. Como anteriormente, é formada uma imagem em 3D.
Polarização - o microscópio de luz polarizada usa um polarizador de cada lado do espécime posicionados ortogonalmente, de tal forma que somente a luz que passe através do espécime alcance a ocular. A luz é polarizada em um plano à medida que passa através do primeiro filtro e alcança o espécime. Partes padronizadas ou cristalinas do espécime, com espaçamento regular, giram a luz passando através delas. Uma porção dessa luz que foi girada passa através do segundo filtro de polarização, de modo que essas áreas regularmente espaçadas mostram brilho contra um plano de fundo escuro.
Fluorescência - este tipo de microscópio usa luz de comprimento de onda curto e de alta energia (normalmente ultravioleta) para excitação de elétrons dentro de algumas moléculas no interior do espécime, fazendo com que esses elétrons mudem para órbitas com mais energia. Quando voltam para seus níveis de energia iniciais, emitem luz com menos energia e comprimento de onda maior (geralmente no espectro visível) formando, dessa maneira, a imagem.
- Partes de um microscópio de luz;
Um microscópio de luz, seja um simples microscópio estudantil, seja um complexo microscópio de pesquisa, possui os seguintes sistemas fundamentais:
Controle de espécime - segura e manipula o espécime.
estágio ou platina - é o apoio para o espécime.
clips - usado para segurar o espécime que ainda esteja sobre o estágio (quando se está examinando uma imagem ampliada, mesmo os menores deslocamentos podem mover partes da imagem para fora do campo de visão).
micromanipulador - dispositivo que lhe permite mover o espécime de forma controlada, em pequenos incrementos ao longo dos eixos x e y (útil para a varredura de um slide).
Iluminação - espalha a luz sobre o espécime (o sistema mais simples de iluminação é um espelho refletindo a luz do ambiente através do espécime).lâmpada - fonte produtora da luz (as lâmpadas são bulbos de luz de filamento de tungstênio. Para aplicações específicas, lâmpadas de mercúrio e xenônio podem ser usadas para produzir luz ultravioleta. Alguns microscópios usam lasers para fazer a varredura do espécime).
reostato - altera a corrente aplicada à lâmpada para controlar a intensidade de luz produzida.
condensador - sistema de lentes que alinha e focaliza a luz da lâmpada sobre o espécime.
diafragmas ou aberturas de furo de agulha - colocados no trajeto da luz para alterar a quantidade de luz que alcança o condensador (para aumento do contraste da imagem).
Lentes - formam a imagem.
objetiva - capta a luz do espécime
ocular - transmite e amplia a imagem da objetiva para o olho
porta-objetiva - montagem rotativa que segura muitas objetivas
tubo - segura a ocular a uma distância adequada da lente objetiva e bloqueia a luz dispersa
Foco - a objetiva deve ser posicionada na distância correta do espécime
botão de ajuste focal grosseiro - usado para trazer o objeto até o plano focal da objetiva
botão de ajuste focal fino - usado para fazer ajustes precisos na hora de focalizar a imagem
braço - parte curva que segura todas as partes ópticas a uma distância fixa e as alinha
base - suporta o peso de todas as partes do microscópio
O tubo é ligado ao braço do microscópio por meio da engrenagem de pinhão e cremalheira. Esse sistema possibilita focalizar a imagem durante a mudança de lentes ou de observadores e afastar as lentes do estágio durante a troca de espécimes.
Algumas partes mencionadas acima não são mostradas no diagrama e variam entre microscópios. Os microscópios vêm em duas configurações básicas: vertical e invertido. O microscópio mostrado no diagrama é ummicroscópio vertical, com iluminação embaixo do estágio e sistemas de lentes acima do estágio. O microscópio invertido tem o sistema de iluminação acima do estágio e o sistema de lentes embaixo. Os microscópios invertidos são melhores para olhar através de espécimes espessos, como pratos de células cultivadas, porque as lentes ficam muito próximas do fundo do prato onde a células nascem.
Os microscópios de luz revelam estruturas de células vivas e de tecidos, bem como de amostras inertes como rochas e semicondutores. O microscópio de luz é responsável pelo grande avanço da área biomédica e continua a ser um instrumento poderoso para os cientistas.
- Quanto aos telescópios...
Esse é o projeto do telescópio mais simples que você poderia conseguir. Uma lente grande junta a luz e a direciona para o ponto focal e uma lente pequena traz a imagem para seu olho.
A maioria dos telescópios que você vê é de um desses dois tipos:
- o telescópio refrator, que usa lentes de vidro;
- o telescópio refletor, que usa espelhos em vez de lentes.
Termos relacionados aos telescópios
- côncava - lente ou espelho que faz com que a luz se espalhe;
- convexa - lente ou espelho que faz com que a luz se junte em um único ponto focal;
- campo de visão - área do céu que pode ser vista pelo telescópio com uma ocular específica;
- distância focal - distância requerida por uma lente ou espelho para focalizar a luz;
- ponto focal ou foco- ponto em que a luz de uma lente ou espelho se junta;
- poder de ampliação(potência) - distância focal do telescópio dividida pela distância focal da ocular;
- resolução - indica quão perto dois objetos podem ficar e ainda serem detectados como objetos separados, normalmente medida em arc-segundos; a resolução é importante para revelar detalhes finos de um objeto e está relacionada à abertura do telescópio.
Ambos fazem exatamente a mesma coisa, mas de maneiras completamente diferentes.
Para entender como funcionam os telescópios, temos de fazer a seguinte pergunta: por que não é possível ver um objeto distante? Por exemplo, por que não é possível ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos a olho nu quando ela está a uma distância de 55 m? A resposta para essa pergunta é simples: o objeto não ocupa muito espaço na tela de seu olho (retina). Se você quiser pensar nisso em termos de uma câmera digital, em 55 m não há pixels suficientes no sensor de sua retina para que você consiga ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos.
Se você tivesse um "olho maior," poderia captar mais luz do objeto e criar uma imagem mais brilhante, o que tornaria possível ampliar parte dessa imagem para que se esticasse e ocupasse mais pixels de sua retina. No telescópio há duas partes que tornam isso possível:
- a lente objetiva (em refratores) ou oespelho primário (nos refletores) captam muita luz de um objeto distante e trazem essa luz, ou imagem, para um ponto ou foco;
- uma lente ocular "pega" a luz do foco da objetiva ou do espelho primário e a amplia para que ocupe uma grande porção da retina. Esse é o mesmo princípio que a lente de aumento usa: ela pega uma imagem pequena no papel e a espalha pela retina do olho para que pareça maior.
Se você combinar a objetiva ou o espelho primário com a ocular, terá um telescópio. Novamente, a idéia básica é captar muita luz para formar uma imagem brilhante dentro do telescópio e então usar algo como uma lente de aumento para ampliar essa imagem brilhante, fazendo com que ela ocupe bastante espaço em sua retina.
Um telescópio tem duas propriedades gerais:
- sua capacidade de captar a luz;
- sua capacidade de ampliar a imagem.
A capacidade que um telescópio tem de captar a luz está diretamente relacionada ao diâmetro da lente ou do espelho – a abertura – que é usada para captar a luz. Geralmente, quanto maior a abertura, mais luz o telescópio capta e traz para o foco, deixando a imagem final mais brilhante.
O poder de ampliação do telescópio, sua capacidade de aumentar uma imagem, depende da combinação de lentes utilizada. A ocular é que realiza essa ampliação. Já que a ampliação pode ser atingida por quase qualquer telescópio usando oculares diferentes, a abertura acaba sendo uma característica mais importante do que a ampliação.
Para entender como isso funciona em um telescópio, vamos dar uma olhada em como o telescópio refrator (o tipo que tem lentes) amplia uma imagem de um objeto distante e a faz parecer mais próxima.
Crie um telescópio simples
- Pegue duas lentes de aumento (funciona melhor se uma for maior do que a outra) e um papel com algo impresso.
- Segure uma das lentes de aumento (a maior) entre você e o papel. A imagem impressa parecerá borrada.
- Coloque a segunda lente de aumento entre seu olho e a primeira lente de aumento.
- Mova a segunda lente para frente ou para trás até que a folha impressa fique nítida em foco. Você notará que o que está impresso aparecerá maior e invertido.
a seguir, um vídeo explicativo sobre instrumentos como telescópios, microscópios e lunetas:
Espero que vocês tenham gostado.
Até a próxima postagem!
Um microscópio de luz funciona de maneira muito parecida com um telescópio de refração, mas com algumas diferenças nos espelhos. Recapitulemos brevemente como um telescópio funciona.
Um telescópio deve capturar muita luz de um objeto fosco e distante. Por este motivo, ele precisa de uma grande lente objetiva para captar o máximo de luz possível trazendo-a para um foco brilhante. Como a objetiva é grande, a imagem do objeto forma-se um pouco mais longe. Por essa razão, os telescópios são muito maiores do que os microscópios. A ocular do telescópio amplia a imagem quando a traz para o alcance da visão do observador.
Ao contrário de um telescópio, o microscópio capta luz de uma área minúscula, de um espécime fino, bem iluminado e que está próximo. Por isso o microscópio não precisa de uma grande objetiva. Essa lente em um microscópio é pequena e esférica, o que significa que a distância focal é muito menor em cada lado. Assim a imagem do objeto é focalizada a uma curta distância e dentro do tubo do microscópio. Essa imagem é ampliada por uma segunda lente, chamada lente ocular ou, simplesmente, ocular, que a traz para o seu campo de visão.
Outra diferença importante entre um telescópio e um microscópio é que este último tem uma fonte de luz e um condensador. O condensador é um sistema de lentes que focaliza a luz da fonte em um lugar minúsculo e brilhante do espécime, na mesma área que está sendo examinada pela objetiva.
Além disso, ao contrário do telescópio que tem uma objetiva fixa e oculares permutáveis, os microscópios geralmente têm lentes objetivas intercambiáveis e oculares fixas. Pela troca das objetivas (desde as objetivas de baixa ampliação e relativamente planas, até as de grande ampliação e arredondadas), um microscópio é capaz de trazer áreas cada vez menores para o campo de visão, uma vez que a captação da luz não é a tarefa principal da objetiva do microscópio como no caso do telescópio.
Mais adiante nesse artigo veremos as partes de um microscópio.
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- Qualidade da imagem;
Ao se olhar para um espécime usando um microscópio, a qualidade da imagem é avaliada pelas seguintes características: brilho, foco, resolução e contraste.
Brilho - qual a intensidade de luz ou obscuridade da imagem? A luminosidade está relacionada ao sistema de iluminação e pode ser alterada mudando-se a voltagem da lâmpada (reostato) e ajustando-se o condensador e as aberturas do diafragma ou do furo feito com a agulha. A luminosidade está também relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior a abertura, mais brilho terá a imagem). Á esquerda, imagem de grão de pólen sob boa luminosidade, e à direita, sob fraca luminosidade:
Foco - a imagem está borrada ou bem definida? O foco está relacionado com a distância focal e pode ser controlado com os botões de focalização. A espessura do vidro no slide do espécime pode também afetar uma boa visualização da imagem - pode ser muito espessa para a objetiva. A espessura correta da lâmina do vidro de cobertura está escrita na lateral da objetiva. Imagem de um grão de pólen no foco (esquerda) e fora de foco (direita):
Resolução - qual a distância mínima entre dois pontos na imagem a partir da qual eles passam a ser vistos como um único ponto? A resolução está relacionada à abertura numérica da objetiva (quanto maior for a abertura numérica, melhor será a resolução) e ao comprimento da onda da luz que passa através das lentes (quanto mais curto o comprimento de onda, melhor a resolução). Imagem de um grão de pólen com boa resolução (esquerda) e com baixa resolução (direita)
Contraste - qual a diferença em luminosidade entre áreas adjacentes do espécime? O contraste está relacionado ao sistema de iluminação e pode ser ajustado pela mudança na intensidade de luz e da abertura do diafragma. Pode-se também colorir quimicamente o espécime para aumentar o contraste. Imagem de um grão de pólen com bom contraste (esquerda) e com contraste ruim (direita)
- Tipos de microscópios
Uma forma de melhorar o contraste é tratar o espécime com pigmentos coloridos, ou corantes, que se ligam às estruturas específicas dentro dele. Tipos diferentes de microscopia foram desenvolvidos para melhorar o contraste nos espécimes. As especializações encontram-se principalmente nos sistemas de iluminação e nos tipos de luz que atravessam o espécime. Por exemplo, um microscópio de campo escuro usa um condensador especial para bloquear a maior parte da luz brilhante e para iluminar o espécime com luz oblíqua, de forma semelhante ao que a lua faz quando bloqueia a luz do sol durante um eclipse solar. Esse ajuste óptico fornece um plano de fundo totalmente escuro e aumenta o contraste da imagem para salientar pequenos detalhes - áreas brilhantes nos limites da amostra.
As diversas técnicas da microscopia de luz são: campo claro, campo escuro e iluminação de Rheinberg.
Campo claro - é a configuração básica do microscópio (as imagens vistas até agora são todas de microscópios de campo claro). É uma técnica que tem muito pouco contraste. Nas imagens mostradas até agora, grande parte do contraste foi obtida tingindo-se os espécimes.
Campo escuro - essa configuração aumenta o contraste, como mencionado anteriormente.
Iluminação Rheinberg - trata-se de uma configuração semelhante ao do campo escuro, mas que usa uma série de filtros para produzir uma "coloração óptica" do espécime.
As técnicas que serão mostradas abaixo usam os mesmos princípios básicos da iluminação Rheinberg e conseguem resultados distintos usando componentes ópticos diferentes. A idéia básica envolve a divisão do feixe de luz em dois caminhos que iluminam o espécime. As ondas de luz que passam através de estruturas densas no interior do espécime têm a velocidade diminuída, comparativamente com aquelas que passam por estruturas menos densas. Como todas as ondas de luz são coletadas e transmitidas para a ocular, elas se recombinam de modo que acabam por interferir umas com as outras. Os padrões de interferência fornecem contraste: podem mostrar áreas escuras (mais densas) contra um plano de fundo claro (menos denso) ou criar um tipo de falsa imagem tridimensional (3D).
Contraste de fase - é a melhor técnica para examinar espécimes vivos (como células cultivadas, por exemplo).
- Em um microscópio de contraste de fase, a luz é separada pelos anéis anulares na objetiva e pelo condensador. A luz que passa através da parte central do trajeto de luz é recombinada com a luz que se propaga em torno da periferia do espécime. A interferência produzida por esses dois trajetos produz imagens nas quais as estruturas densas aparecem mais escuras do que o fundo.
- Contraste de interferência diferencial (DIC) - o DIC usa filtros polarizadores e prismas para separar e recombinar trajetos de luz dando ao espécime uma aparência tridimensional. O DIC também é chamado de Nomarski, em homenagem ao homem que o inventou.
- Contraste de modulação Hoffman- é semelhante ao DIC, exceto pelo fato de usar placas com pequenas fendas no eixo do trajeto da luz, assim como fora dele, produzindo dois conjuntos de ondas de luz que passam através do espécime. Como anteriormente, é formada uma imagem em 3D.
- Polarização - o microscópio de luz polarizada usa um polarizador de cada lado do espécime posicionados ortogonalmente, de tal forma que somente a luz que passe através do espécime alcance a ocular. A luz é polarizada em um plano à medida que passa através do primeiro filtro e alcança o espécime. Partes padronizadas ou cristalinas do espécime, com espaçamento regular, giram a luz passando através delas. Uma porção dessa luz que foi girada passa através do segundo filtro de polarização, de modo que essas áreas regularmente espaçadas mostram brilho contra um plano de fundo escuro.
- Fluorescência - este tipo de microscópio usa luz de comprimento de onda curto e de alta energia (normalmente ultravioleta) para excitação de elétrons dentro de algumas moléculas no interior do espécime, fazendo com que esses elétrons mudem para órbitas com mais energia. Quando voltam para seus níveis de energia iniciais, emitem luz com menos energia e comprimento de onda maior (geralmente no espectro visível) formando, dessa maneira, a imagem.
- Partes de um microscópio de luz;
Um microscópio de luz, seja um simples microscópio estudantil, seja um complexo microscópio de pesquisa, possui os seguintes sistemas fundamentais:
Controle de espécime - segura e manipula o espécime.
estágio ou platina - é o apoio para o espécime.
clips - usado para segurar o espécime que ainda esteja sobre o estágio (quando se está examinando uma imagem ampliada, mesmo os menores deslocamentos podem mover partes da imagem para fora do campo de visão).
micromanipulador - dispositivo que lhe permite mover o espécime de forma controlada, em pequenos incrementos ao longo dos eixos x e y (útil para a varredura de um slide).
Iluminação - espalha a luz sobre o espécime (o sistema mais simples de iluminação é um espelho refletindo a luz do ambiente através do espécime).lâmpada - fonte produtora da luz (as lâmpadas são bulbos de luz de filamento de tungstênio. Para aplicações específicas, lâmpadas de mercúrio e xenônio podem ser usadas para produzir luz ultravioleta. Alguns microscópios usam lasers para fazer a varredura do espécime).
reostato - altera a corrente aplicada à lâmpada para controlar a intensidade de luz produzida.
condensador - sistema de lentes que alinha e focaliza a luz da lâmpada sobre o espécime.
diafragmas ou aberturas de furo de agulha - colocados no trajeto da luz para alterar a quantidade de luz que alcança o condensador (para aumento do contraste da imagem).
Lentes - formam a imagem.
objetiva - capta a luz do espécime
ocular - transmite e amplia a imagem da objetiva para o olho
porta-objetiva - montagem rotativa que segura muitas objetivas
tubo - segura a ocular a uma distância adequada da lente objetiva e bloqueia a luz dispersa
Foco - a objetiva deve ser posicionada na distância correta do espécime
botão de ajuste focal grosseiro - usado para trazer o objeto até o plano focal da objetiva
botão de ajuste focal fino - usado para fazer ajustes precisos na hora de focalizar a imagem
braço - parte curva que segura todas as partes ópticas a uma distância fixa e as alinha
base - suporta o peso de todas as partes do microscópio
O tubo é ligado ao braço do microscópio por meio da engrenagem de pinhão e cremalheira. Esse sistema possibilita focalizar a imagem durante a mudança de lentes ou de observadores e afastar as lentes do estágio durante a troca de espécimes.
Algumas partes mencionadas acima não são mostradas no diagrama e variam entre microscópios. Os microscópios vêm em duas configurações básicas: vertical e invertido. O microscópio mostrado no diagrama é ummicroscópio vertical, com iluminação embaixo do estágio e sistemas de lentes acima do estágio. O microscópio invertido tem o sistema de iluminação acima do estágio e o sistema de lentes embaixo. Os microscópios invertidos são melhores para olhar através de espécimes espessos, como pratos de células cultivadas, porque as lentes ficam muito próximas do fundo do prato onde a células nascem.
Os microscópios de luz revelam estruturas de células vivas e de tecidos, bem como de amostras inertes como rochas e semicondutores. O microscópio de luz é responsável pelo grande avanço da área biomédica e continua a ser um instrumento poderoso para os cientistas.
- Quanto aos telescópios...
Esse é o projeto do telescópio mais simples que você poderia conseguir. Uma lente grande junta a luz e a direciona para o ponto focal e uma lente pequena traz a imagem para seu olho.
A maioria dos telescópios que você vê é de um desses dois tipos:
- o telescópio refrator, que usa lentes de vidro;
- o telescópio refletor, que usa espelhos em vez de lentes.
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Para entender como funcionam os telescópios, temos de fazer a seguinte pergunta: por que não é possível ver um objeto distante? Por exemplo, por que não é possível ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos a olho nu quando ela está a uma distância de 55 m? A resposta para essa pergunta é simples: o objeto não ocupa muito espaço na tela de seu olho (retina). Se você quiser pensar nisso em termos de uma câmera digital, em 55 m não há pixels suficientes no sensor de sua retina para que você consiga ler o que está escrito em uma moeda de 10 centavos.
Se você tivesse um "olho maior," poderia captar mais luz do objeto e criar uma imagem mais brilhante, o que tornaria possível ampliar parte dessa imagem para que se esticasse e ocupasse mais pixels de sua retina. No telescópio há duas partes que tornam isso possível:
- a lente objetiva (em refratores) ou oespelho primário (nos refletores) captam muita luz de um objeto distante e trazem essa luz, ou imagem, para um ponto ou foco;
- uma lente ocular "pega" a luz do foco da objetiva ou do espelho primário e a amplia para que ocupe uma grande porção da retina. Esse é o mesmo princípio que a lente de aumento usa: ela pega uma imagem pequena no papel e a espalha pela retina do olho para que pareça maior.
Um telescópio tem duas propriedades gerais:
- sua capacidade de captar a luz;
- sua capacidade de ampliar a imagem.
A capacidade que um telescópio tem de captar a luz está diretamente relacionada ao diâmetro da lente ou do espelho – a abertura – que é usada para captar a luz. Geralmente, quanto maior a abertura, mais luz o telescópio capta e traz para o foco, deixando a imagem final mais brilhante.
O poder de ampliação do telescópio, sua capacidade de aumentar uma imagem, depende da combinação de lentes utilizada. A ocular é que realiza essa ampliação. Já que a ampliação pode ser atingida por quase qualquer telescópio usando oculares diferentes, a abertura acaba sendo uma característica mais importante do que a ampliação.
Para entender como isso funciona em um telescópio, vamos dar uma olhada em como o telescópio refrator (o tipo que tem lentes) amplia uma imagem de um objeto distante e a faz parecer mais próxima.
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a seguir, um vídeo explicativo sobre instrumentos como telescópios, microscópios e lunetas:
Espero que vocês tenham gostado.
Até a próxima postagem!
