Classe prima, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Distinguere preparazione, ingrandimento, campo visivo e misura, indicando quali conclusioni richiedono una scala e dati osservati.
Prima di iniziare
- Lettura di una fonte
- Descrizione di una figura
Che cosa mostra davvero il microscopio
Il microscopio ottico composto permette di osservare particolari troppo piccoli per essere distinti a occhio nudo. L'oggetto non diventa fisicamente più grande: il sistema di lenti forma un'immagine ingrandita. Per interpretarla bisogna distinguere tre domande. Che cosa è stato preparato? Quali dettagli si possono separare? Quanto misura realmente una struttura? Una fotografia senza indicazioni può aiutare a descrivere forme e rapporti spaziali, ma non risponde automaticamente a tutte e tre. L'immagine della lezione mostra lo strumento e un vetrino generico: non raffigura un campione identificabile e non contiene una scala. Da essa si può riconoscere il percorso di osservazione, non ricavare la specie né misurare cellule in micrometri. Nel quaderno conviene separare osservazione e interpretazione: «vedo contorni vicini» è un'osservazione; «sono due cellule della stessa specie» è un'ipotesi che richiede altri dati.
Preparato, luce e percorso ottico
Nel microscopio a luce trasmessa, la luce attraversa il preparato posto sul vetrino e arriva all'obiettivo. Un coprioggetto può proteggere e appiattire la preparazione. Un campione troppo spesso, piegato o sovrapposto può lasciare passare poca luce e far coincidere sul piano dell'immagine strutture che stanno a profondità diverse. Una macchia scura può dipendere dalla preparazione, da una bolla o da un difetto del vetrino: non diventa una parte biologica solo perché appare nel campo. L'obiettivo produce un'immagine intermedia; l'oculare la ingrandisce ulteriormente per l'osservatore. Prima si individua il campione con un obiettivo a piccolo ingrandimento, poi si centra la zona interessante e si cambia obiettivo con cautela. Si mette a fuoco progressivamente, evitando di spingere l'obiettivo contro il vetrino. Questo ordine è utile anche per la qualità dell'inferenza: con un campo ampio si conserva il contesto della struttura che poi si osserva più da vicino.
Ingrandimento, campo e risoluzione
L'ingrandimento nominale totale è il prodotto di quello dell'oculare per quello dell'obiettivo. Con oculare 10× e obiettivo 20× si indica 200×; con obiettivo 40×, a parità di oculare, si indica 400×. Il simbolo × non è un'unità di lunghezza. Dice quanto il sistema ottico ingrandisce in condizioni nominali, non quanti micrometri misuri l'oggetto. Inoltre la dimensione di una fotografia su uno schermo cambia quando si modifica lo zoom della pagina: i pixel o i centimetri della stampa non equivalgono, senza calibrazione, a centimetri del campione. Aumentando l'ingrandimento dell'obiettivo il campo visivo tende a restringersi; una struttura può uscire dal campo anche se è sempre sul vetrino. La risoluzione è un'altra proprietà: riguarda la possibilità di distinguere due punti vicini come separati. Un'immagine molto ingrandita ma sfocata non rivela automaticamente nuovi dettagli. Per questo «più grande» e «più informativa» non sono sinonimi.
Come si misura una struttura
Per attribuire una dimensione reale occorre una corrispondenza calibrata fra la misura sull'immagine e quella sul campione. Si può usare una barra di scala valida per quell'acquisizione oppure un reticolo oculare calibrato per l'obiettivo impiegato. Se la barra visibile rappresenta 20 µm ed è lunga 50 pixel, un tratto lungo 125 pixel nella stessa immagine corrisponde a 125·20/50 = 50 µm. L'unità µm indica il micrometro: un millesimo di millimetro. Il rapporto vale solo se barra e tratto appartengono alla stessa immagine alla medesima scala. Se un programma ridimensiona soltanto il campione lasciando intatta una vecchia barra, la relazione non è più affidabile. Non basta conoscere 400× e misurare 5 cm sul monitor: manca la dimensione fisica convenzionale dell'immagine finale. Quando manca la scala, si scrive «dimensione non determinabile da questa immagine», anziché inventare una cifra apparentemente precisa.
Un caso risolto e una verifica
Una microfotografia contiene una barra di 10 µm lunga 40 pixel. Una struttura, misurata nella stessa direzione e senza ridimensionamenti selettivi, occupa 88 pixel. Il rapporto fra struttura e barra è 88/40 = 2,2, quindi la lunghezza stimata della struttura è 2,2·10 = 22 µm. La verifica è duplice: 88 pixel sono poco più del doppio di 40, dunque il risultato deve essere poco più del doppio di 10 µm; inoltre pixel diviso pixel è un rapporto senza unità, che moltiplicato per µm restituisce µm. Questa misura non identifica da sola il materiale osservato. Se il bordo della struttura è sfocato, la misura va trattata come approssimata e bisogna esplicitare dove sono stati scelti i due estremi. Se invece la fotografia non mostrasse la barra, l'operazione aritmetica non avrebbe il dato che la rende una misura reale.
Scegliere conclusioni proporzionate ai dati
Una buona scheda d'osservazione registra preparazione, obiettivo, eventuale colorazione, posizione della zona, scala e qualità del fuoco. Descrive prima forme e distribuzioni, poi propone una classificazione solo se dispone di criteri discriminanti. Due immagini ottenute con obiettivi diversi non si confrontano per diametro in pixel senza riportarle a una scala comune. Se il campo di un obiettivo è largo 1,8 mm e in esso entrano circa sei oggetti affiancati senza spazi, 1,8/6 = 0,3 mm è una stima molto grezza del loro diametro medio: «circa», non una misura esatta di ciascuno. La disposizione può includere spazi e gli oggetti possono avere dimensioni diverse. Un confronto più solido usa una barra calibrata e più misure, dichiarando la variabilità. L'obiettivo didattico non è attribuire numeri a ogni disegno, ma decidere quali conclusioni l'evidenza consente e quali osservazioni aggiuntive servirebbero. Un confronto fra preparati richiede anche condizioni di osservazione comparabili. Una colorazione può far risaltare un contorno in un campione e lasciarlo poco visibile in un altro: la differenza di contrasto non dimostra da sola una differenza di struttura. Conviene riportare quale dettaglio si è cercato, quale parte del campo è stata esaminata e se il fuoco è stato variato. Se una caratteristica compare soltanto in una fotografia, prima di generalizzare si osservano altri campi e, se possibile, un secondo preparato. Questa procedura trasforma una prima impressione in una domanda controllabile, senza fingere che ogni immagine sia già una prova conclusiva.
Esempio ragionato
Il diametro reale del campo inquadrato è stato calibrato a 1,2 mm. Una struttura occupa circa un quarto del diametro nella stessa immagine. Stimane la lunghezza in micrometri e indica il limite della stima.
- Uso il diametro calibrato del campo, 1,2 mm, come riferimento reale; la sola sigla dell'obiettivo non basterebbe a misurare la struttura.
- Applico la proporzione nello stesso campo: 1,2 mm ÷ 4 = 0,3 mm, cioè 300 µm.
- Dico 'circa 300 µm': il quarto del diametro è una stima visiva e presuppone che campo e struttura siano letti alla stessa scala, senza ritaglio o zoom differente.
La lunghezza stimata è circa 300 µm; non è una misura esatta né identifica da sola la struttura osservata.
Errore da evitare
Confondere 400× con una dimensione in micrometri o interpretare un disegno senza campione come prova biologica.
Fonte e sequenza
- Il DM 211/2010 indica il primo biennio; la collocazione in questa classe è editoriale.
- Riconoscere le parti dello strumento; non ricavare ingrandimento o dimensione dai pixel.
Prova subito
In una microfotografia una barra di 25 µm misura 50 pixel. Un filamento nella stessa immagine misura 130 pixel. Stima la sua lunghezza reale e indica la condizione che rende valido il calcolo.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Circa 65 µm, purché barra e filamento siano alla stessa scala e non siano stati ridimensionati separatamente.
130/50·25 = 65 µm. La relazione pixel–micrometri è locale all'immagine calibrata.
Risposta: Circa 65 µm, purché barra e filamento siano alla stessa scala e non siano stati ridimensionati separatamente.
130/50·25 = 65 µm. La relazione pixel–micrometri è locale all'immagine calibrata.
Due fotografie dello stesso preparato mostrano una struttura larga 60 e 120 pixel. La seconda è stata ingrandita sullo schermo, ma non compare alcuna barra. Si può concludere che la struttura è cresciuta? Quale dato manca per confrontare le dimensioni reali?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No. Serve una scala valida per ciascuna acquisizione o un riferimento calibrato comune.
Il numero di pixel può cambiare per ingrandimento o ridimensionamento dell'immagine senza cambiamento del preparato.
Risposta: No. Serve una scala valida per ciascuna acquisizione o un riferimento calibrato comune.
Il numero di pixel può cambiare per ingrandimento o ridimensionamento dell'immagine senza cambiamento del preparato.
Con un oculare 10× passi da un obiettivo 4× a uno 40×. Indica i due ingrandimenti nominali e spiega perché devi centrare prima la zona d'interesse con l'obiettivo 4×.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 40× e 400×; il campo visivo con l'obiettivo 40× è generalmente più stretto, perciò una zona non centrata può uscire dalla vista.
Si moltiplicano oculare e obiettivo. Il maggior ingrandimento non rende più grande il campo osservato.
Risposta: 40× e 400×; il campo visivo con l'obiettivo 40× è generalmente più stretto, perciò una zona non centrata può uscire dalla vista.
Si moltiplicano oculare e obiettivo. Il maggior ingrandimento non rende più grande il campo osservato.
Uno studente vede una macchia scura su un vetrino spesso e dichiara che è il nucleo di una specie precisa. Separa ciò che ha osservato dalle due interpretazioni e proponi un controllo del preparato.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Ha osservato una macchia scura; che sia un nucleo e che appartenga a una specie precisa sono ipotesi. Può rifare un preparato sottile e confrontare più campi a fuoco con criteri di identificazione.
Spessore, sovrapposizioni e artefatti possono produrre macchie. L'aspetto isolato non identifica una specie.
Risposta: Ha osservato una macchia scura; che sia un nucleo e che appartenga a una specie precisa sono ipotesi. Può rifare un preparato sottile e confrontare più campi a fuoco con criteri di identificazione.
Spessore, sovrapposizioni e artefatti possono produrre macchie. L'aspetto isolato non identifica una specie.
Una barra di 8 µm lunga 32 pixel accompagna due strutture della stessa immagine, larghe 20 e 48 pixel. Stima le due larghezze e decidi se la seconda è esattamente il doppio della prima.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 5 µm e 12 µm; no, il rapporto è 12/5 = 2,4, non 2.
Ogni pixel vale 8/32 = 0,25 µm; 20·0,25=5 e 48·0,25=12.
Risposta: 5 µm e 12 µm; no, il rapporto è 12/5 = 2,4, non 2.
Ogni pixel vale 8/32 = 0,25 µm; 20·0,25=5 e 48·0,25=12.
Allineamento curricolare e fonti
- Allegato F, primo biennio, righe HTML 1583–1588; collocazione annuale editoriale. · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Microscopio e scala: che cosa si può osservare