Avionul

Avionul este o aerodină prevăzută cu o suprafață portantă fixă ce asigură sustentația datorită vitezei de deplasare. Viteza de deplasare poate fi asigurată fie de acțiunea unor grupuri motopropulsoare, fie de acțiunea unei componente a greutății (în cazul zborului de coborâre sau al zborului fără motor).

Istoric

Apărute la începutul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj și îndemânare pentru a le pilota. În acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici încăpătoare. Primul zbor cu un aparat mai greu decât aerul l-a făcut renumitul inventator român Traian Vuia. Marele savant român Henri Coandă este inventatorul aparatului de zbor fără elice, acesta fiind propulsat de un motor cu reacție și această invenție proprie revoluționând astfel lumea aviației și trecerea la o treaptă superioară a evoluției umane. Louis Blériot a fost primul pilot care a traversat Canalul Mânecii, în 1909. Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur și fără escală, în 1927. În 1933, Wiley Post a fost primul pilot de avion care a făcut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km în 7 zile, 18 ore și 49 de minute.

Forțele care acționează asupra unui avion în zbor

Aerodinamica avionului

Asupra unei aeronave aflate în zbor acționează patru forțe care trebuie să se afle în echilibru. O forță în general poate fi interpretată ca o tragere sau o împingere asupra unui obiect într-o anumită direcție.

Greutatea

Greutatea este o forță orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporțională cu masa avionului și depinde de încărcarea sa. Deși este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată și acționează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deși aeronava se rotește în jurul centrului de greutate, orientarea greutății rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuția greutății și centrul de greutate se pot și ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ține avionul în echilibru.

Tracțiunea

Tracțiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracțiunii depinde de mai mulți factori asociați sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza și înălțimea de zbor. În figura alăturată, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi și orientate paralel cu fuzelajul, deci tracțiunea va acționa pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Hawker-Siddeley Harrier/Harrier direcția tracțiunii poate varia în funcție de evoluția pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi față de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze. Însă, la avioanele turboreactoare, deși gazele de ardere sunt evacuate în sens opus sensului de zbor, acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acțiune - reacțiune descris de Newton: oricărei forțe de acțiune i se opune o forță egală și de sens contrar, numită reacțiune.

Rezistența la înaintare

Rezistența la înaintare (la mișcare) este forța aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forțe este influențată de mai mulți factori: forma aeronavei, densitatea și compoziția aerului, viteza. Direcția acestei forțe este întotdeauna opusă direcției de zbor și putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

Portanța

Portanța este forța care ține avionul în aer și trebuie înțeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obișnuit portanța este datorată în special aripii și în particular formei specifice în secțiune a aripii. Portanța este o forță aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acționează asupra centrului de presiune și este definită ca fiind perpendiculară pe direcția de curgere a fluidului.

Teoriile despre generarea forței portante au devenit surse de controverse și subiect de discuții aprinse. Deși explicația exactă și completă este destul de dificil de înțeles fără aparatul matematic adecvat, acest articol încearcă să expună principiile ei.

Curgerea în jurul unui profil aerodinamic

Schimbarea direcției sau vitezei unei curgeri de fluid generează o forță. Mai exact, portanța apare atunci când curgerea unui fluid este "întoarsă" de către un obiect solid. Când curgerea este deviată într-o anumită direcție, portanța apare în direcția opusă, în concordanță cu principiul acțiunii și reacțiunii al lui Newton. Dat fiind că aerul este un fluid, moleculele sunt libere în mișcare și orice suprafață solidă poate devia curgerea. Pentru o secțiune de aripă – numită profil aerodinamic – ambele sale suprafețe, de sus – extrados și respectiv de jos – intrados contribuie la întoarcerea curgerii. Luând în considerare doar una dintre suprafețe, ajungem la o teorie incorectă a portanței, de aceea ele se abordează împreună.

Când două obiecte solide interacționează într-un proces mecanic, forțele sunt transmise sau aplicate într-un „punct de contact”. Dar când un corp solid interacționează cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorită faptului că fluidul își schimbă forma. Pentru un solid care este imersat într-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafața solidului. Deci avem de a face cu o forță distribuită, adică cu o presiune.

Valoarea unei forței care acționează asupra unei suprafețe este egală cu presiunea înmulțită cu aria suprafeței respective. Presiunea este o unitate scalară legată de distribuția de presiunii din fluid. O forță este o unitate vectorială, care are valoare și direcție, trebuie deci determinată direcția forței. Presiunea acționează perpendicular sau normal pe suprafața unui corp solid, deci direcția forței pe o suprafață foarte mică a obiectului este normală la suprafață. Direcția normală se schimbă de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafață curbată. Pentru a obține forța mecanică netă peste întregul profil trebuie adunate contribuțiile componentelor tuturor suprafețelor mici ale obiectului. Este important de știut faptul că dacă presiunea pe o suprafață închisă este constantă, atunci nu există nici o forță rezultantă, deoarece suma tuturor forțelor mici pe direcțiile normale dă valoarea zero. (Pentru fiecare mică suprafață, există o altă mică suprafață a cărei normală este orientată în exact direcția opusă normalei primei suprafețe.)

Câmpul de presiuni în jurul unui profil aerodinamic

Pe un corp aflat într-un fluid în mișcare, viteza va avea valori diferite în puncte diferite de-a lungul suprafeței închise a corpului. Presiunea locală (dată de acele suprafețe forte mici de care vorbeam) fiind în relație directă cu viteza locală, rezultă de asemenea că ea va varia de-a lungul suprafeței închise. Însumând toate presiunile locale normale și înmulțind apoi cu suprafața exterioară totală a corpului va rezulta o forță. Componenta acestei forțe perpendiculară pe direcția de curgere a fluidului este numită forța portantă, iar componenta de-a lungul direcției de curgere se numește rezistența la înaintare. În realitate există o singură forță, cauzată de variația presiunii în jurul suprafeței corpului sau - vorbind de profile aerodinamice - este cauzată de diferența dintre presiunile de pe intradosul și respectiv extradosul profilului. Forța aerodinamică acționează într-un punct determinat de distribuția presiunilor, punct numit centrul de presiune.

Portanța este o forță mecanică, generată de interacțiunea și contactul dintre un solid și un fluid. Nu este generată de un câmp de forțe precum greutatea, care este generată de câmpul gravitațional, unde un corp poate interacționa asupra altui corp fără a fi în contact fizic propriu-zis. Pentru a avea portanță, corpul solid trebuie să fie în contact direct cu fluidul. Deci, dacă nu există fluid, nu există nici mișcare.

Pe de altă parte, portanța este generată de diferența de viteză dintre corpul solid și fluid. Trebuie să existe o mișcare între obiect și fluid. Deci dacă nu există mișcare, nu se poate vorbi de portanță. Nu are importantă dacă fluidul este în mișcare și corpul e static, sau dacă corpul se mișcă în fluid.

Factorii care influențează portanța sunt forma și dimensiunea obiectului, viteza și direcția sa principală de mișcare față de fluid, densitatea fluidului, compresibilitatea și viscozitatea sa.

Părțile componente ale avionului și manevrarea sa

Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor sale îi influențează direct performanțele. Avionul este un aparat complex alcătuit în mod normal din patru subsisteme:

• structura de rezistență
• sistemul de propulsie
• echipamentele de bord și aparatele de comandă a zborului
• instalațiile și mecanizarea aeronavei

În general, un avion este alcătuit din următoarele părți principale: aripa cu dispozitivele sale de sustentație, fuzelajul, ampenajele orizontal și vertical cu părțile lor mobile, trenul de aterizare și sistemul de propulsie. Părțile mobile ale avionului sunt: eleroanele, profundorul, direcția, flapsurile, voleții, frâna aerodinamică și compensatoarele.

Structura unui avion civil

  

Aparatura de bord este alcătuită din: sisteme pentru controlul zborului, sisteme pentru controlul funcționării motoarelor, sisteme de navigație aeriană, aparatură radio/radiolocație.

La avioanele militare se adaugă armamentul de bord, instalațiile de bombardament și dirijare a rachetelor, blindajul de protecție, acroșajele și aparatura adecvată misiunilor de luptă.

Acționarea comenzilor avionului se realizează prin intermediul instalațiilor hidraulice și pneumatice. Esențiale pentru zborul avionului sunt și instalațiile de alimentare cu combustibil și ulei, instalațiile electrice, de antigivraj (dezghețare), sanitară, de izolație termică și fonică, climatizare și comenzile agregatelor aeronavei, echipamentul de dirijare.

Comanda sistemului de propulsie și a comenzilor părților sale mobile asigură manevrarea aeronavei.

Comanda tracțiunii se realizează prin maneta de gaze care acționează sistemul de propulsie. Comenzile părților mobile sunt asigurate prin manșă, paloniere, flapsuri, frâne, etc. De exemplu, acționarea manșei înainte și înapoi implică bracarea profundoarelor în sus și în jos, fapt care duce la o mișcare a avionului în sus sau în jos. Mișcarea manșei spre stânga sau dreapta acționează eleroanele de pe aripi, ducând la o mișcare de ruliu (rotație) în jurul axei longitudinale. Călcarea palonierelor (pedalelor) spre stânga sau dreapta acționează direcția avionului în lateral. Ceea ce trebuie reținut însă, este că manevrarea aeronavei se face prin acționarea combinată a diferitelor comenzi.

Structura avionului

Aripa

În zborul aerodinamic, bazat pe forța portantă, cea mai importantă parte a avionului este aripa. Împreună un ampenajele, aripa asigură sustentația, stabilitatea și manevrabilitatea avionului. În general aripa este compusă din structura de rezistență, înveliș exterior, rezervoarele integrate de combustibil, aparatura hidro-pneumatică aferentă comenzilor. Sub aripă se instalează trenul principal de aterizare al avionului, sistemul de propulsie, acroșaje speciale rachete, bombe sau rezervoare lărgabile.

Forma în plan a aripii este extrem de diversificată, în funcție de destinația, rolul, dimensiunile, forma sau viteza avionului: aripa dreaptă (An-2, Cessna 172), aripă trapezoidală (F-22 Raptor), aripă în săgeată (A300, BAC 1-11, Su-27), aripă în săgeată cu geometrie variabilă (avionul multirol Tornado, bombardierul B-1 Lancer), aripă triunghiulară (F-16, Saab 37 Viggen), aripă delta gotic (Concorde), etc.

Triplan Fokker Dr.I

Biplan Pitts S1s

Biplan An-2 cu aripă dreaptă

F-22:aripă trapezoidală

Su-27:aripă în săgeată

F-111:aripă în săgeată cu geometrie variabilă

Concorde:aripă delta gotic

Elementele constructive ale unei aripi de avion obișnuite sunt: lonjeroanele, lisele, nervurile, panourile de înveliș și alte piese componente, de rigidizare (ex: montanți) folosite pentru transmiterea eforturile între aripă și fuzelaj sau între tronsoanele aripii.

Aripile cu cel puțin două lonjeroane împreună cu învelișul formează chesonul de rezistență, care are sarcina de a prelua eforturile aerodinamice și mecanice la care este supusă aripa.

Cheson de rezistență

Componentele principale ale chesonului

Lonjeroanele sunt elemente de rigidizare așezate de-a lungul aripii, care preiau cea mai mare parte din forțele și momentele ce acționează asupra acesteia. Au aspectul unei grinzi consolidate alcătuite din tălpi (profile corniere) și inimă (platbandă), îmbinate între ele cu nituri. Sunt realizate de regulă din materiale rezistente la încovoiere și răsucire: duraluminiu, titan, oțeluri speciale.

Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii și de a transmite solicitările aerodinamice la lonjeroane și lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forță, acestea din urmă având rolul suplimentar de a prelua forțele concentrate datorate diverselor echipamente și instalații acroșate de aripi.

Lisele sunt elemente de rigidizare montate în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere și compresiune și măresc rezistența învelișului la deformație. Sunt obținute tehnologic prin extrudare sau îndoire și sunt alcătuite din duraluminiu, aliaje pe bază de titan sau oțel inoxidabil.

Învelișul aripii are rolul de a menține forma sa și este realizat din tablă de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu etc. Învelișul este solicitat la eforturi de încovoiere și răsucire. Ele sunt prinse de celelalte elemente prin nituri. Dacă distanța dintre lise este mică, pentru rigidizarea învelișului se folosește tablă ondulată. Îmbinarea tablei ondulate cu învelișul se poate face prin metoda sudurii, nu prin nituire. Dacă aripa are grosime mică, învelișul se poate realiza prin panouri monolit. Construcția unei astfel de aripi se realizează prin îmbinarea panourilor dintr-o singură bucată. La aripile cu grosime foarte mică, spațiul interior nu mai cuprinde elemente de rigidizare, ci este umplut cu structură de tip fagure sau cu alt material compozit, rezultând o structură compactă, cu rezistență mecanică mare.

Fuzelajul

Fuzelajul (din franceză fuselage) este partea aeronavei în care este plasată cabina piloților, cabina pasagerilor, încărcătura de transport și cea mai mare parte a echipamentelor și instalațiilor de bord. El reprezintă corpul central de care se leagă aripa, ampenajele și trenul de aterizare. Fuzelajul trebuie să aibă o rezistență la înaintare minimă. De aceea forma sa trebuie să fie aerodinamică, să aibă cât mai puține proeminențe, suprafața "spălată" de curentul de aer să fie bine finisată și cu cât mai puține ondulații.

Fuzelajele tip cocă sunt cele mai folosite în prezent în construcția aerospațială, ele s-au impus definitiv odată cu apariția motoarelor turboreactoare. Elementele principale ale fuzelajelor de tip cocă sunt: structura longitudinală formată din lonjeroane și lise, structura transversală formată din cadre, și învelișul rezistent.

Structura fuzelajului

Se folosesc în prezent la aeronave două tipuri de fuzelaje tip cocă:

• semimonococă cu structură formată din lonjeroane puternice și dintr-o rețea rară de lise și înveliș subțire
• semicocă, structura constând dintr-o rețea deasă de lise, lonjeroane false (lise rigidizate) și înveliș subțire.

Fuzelajele tip cocă sunt rigidizate cu ajutorul unor pereți și podele care formează împreună cu restul structurii diverse compartimente folosite pentru amplasarea echipamentelor și instalațiilor de bord, pentru depozitarea încărcăturii de transport.

Ampenajele

Structura unui ampenaj orizontal văzut "de sus"

Ampenajele sunt elemente care reprezintă pentru aeronavă organele de echilibru, stabilitate și comandă. După modul cum sunt construite depinde în mare măsură capacitatea de manevră a aeronavei. Se compun de regulă din ampenajul orizontal format din stabilizator (partea fixă) și profundor (partea mobilă) și ampenajul vertical format din derivă(partea fixă) și direcție(partea mobilă). La aeronavele supersonice se instalează câteodată două ampenaje verticale, iar stabilizatorul are numai parte mobilă, fiind realizat dintr-o singură bucată. În configurația clasică stabilizatorul este plasat în spatele aripii, dar la avioanele de vânătoare moderne poate apare în fața sa, rezultând așa-zisa configurație "canard" (rață) (de exemplu la Eurofighter).

Eurofighter:stabilizator configuraţie "canard" (raţă)

Se observă diferenţa dintre avionul-cisternă KC-10 Extender cu ampenaje standard şi bombardierul fără ampenaje (BWB - Blended Wing Body) B-2 Spirit

La alte avioane moderne ambele ampenaje pot lipsi, aripa preluând în totalitate rolurile de stabilizare și comandă (de exemplu la B-2) prin folosirea suprafețelor de comandă numite elevoane.

Construcția ampenajelor respectă în general schemele de construcție ale aripii.

Sistemul de propulsie

În general sistemele de propulsie ale unei aeronave se compun din:

motoare

• elice (sau ventilator, după caz)
• sistem de răcire
• sistem de admisie
• sistem de ungere
• sistem de evacuare
• demaror (starter)
• comenzi ale motoarelor

Rolul sistemului de propulsie este de a asigura tracțiunea avionului. În prezent există o mare diversitate de motoare de aviație cu combustibil chimic, iar în continuare voi încerca să fac o scurtă clasificare după modul în care se realizează tracțiunea:

• motoare cu piston (cu elice)
• motoare aeroreactoare 
• motorul turboreactor
• motorul statoreactor 
• cu ardere subsonică - ramjet
• cu ardere supersonică - scramjet
• motorul pulsoreactor
• motorul motoreactor
• motoare cu tracțiune combinată 
• motorul turbopropulsor
• motorul turboreactor cu dublu-flux (turboventilator)
• motorul cu piston cu evacuare reactivă
• motoare rachetă 
• motoare rachetă cu combustibil lichid
• motoare rachetă cu combustibil solid

Sistemul turboventilator

Turboventilator la Boeing 747

Simularea curentului de aer dintr-un motor cu reacţie

Pulsoreactor

Statoreactor cu ardere supersonica (scramjet)

În continuare sunt prezentate două dintre cele mai utilizate motoare în prezent: motorul simplu reactor (MTR) și motorul reactor cu dublu flux (MTRDF).

Motorul turboreactor este motorul care echipează în prezent aeronavele care zboară la altitudini mari și viteze peste 0,6 Mach. Principiul său de funcționare este următorul: aerul care intră prin dispozitivul de admisie este comprimat de către compresor, intră în camera de ardere unde formează împreună cu combustibilul injectat amestecul de gaze de ardere și are loc arderea propriu-zisă. Gazele arse trec apoi prin turbină, unde are loc destinderea lor parțială prin rotație, apoi trec prin ajutajul de reacție și ies din sistem cu o energie cinetică mult mai mare decât cea de intrare, asigurând astfel componenta de tracțiune a avionului. Eventual, la avioanele supersonice putem întâlni sistemul de postcombustie. Acesta se află încorporat în sistemul de evacuare și are rol de a injecta o nouă doză de combustibil în amestecul de gaze arse provenit din camera de ardere. Noul amestec mai arde o dată, rezultând o creștere considerabilă a tracțiunii.

Motoarele turboreactoare cu dublu flux - denumite generic turboventilatoare - sunt de fapt turboreactoare modificate. Ele se caracterizează prin existența a două fluxuri de curgere paralele: unul secundar, de aer, antrenat de un ventilator montat pe același ax cu compresorul de joasă presiune a turbinei, care îmbracă fluxul de aer primar (interior) format din gaze de ardere. Tracțiunea MTR-DF este suma tracțiunilor rezultate de cele două fluxuri. Nu trebuie uitat că ventilatorul are rol de propulsie, funcționând ca o elice. Un sistem MTR-DF este prezentat în desenele alăturate.

Trebuie menționat faptul că motoarele turboreactoare cu dublu flux sunt cele mai răspândite tipuri de motoare de aviație, echipând cea mai mare parte din avioanele civile si o bună parte din avioanele militare.

Clasificarea avioanelor

Există multe criterii de clasificare a aeronavelor (unele însă destul de subiective). Urmează câteva dintre ele, exemplificând, fără a lua în considerație elicopterele, dirijabilele, avioanele ultraușoare sau cele fără structură de rezistență.

Un prim criteriu este după destinația lor:

F-16: avion de luptă

Boeing 747: avion de pasageri

• aeronave cu destinație civilă (Boeing 747, Airbus A300, Antonov AN-2, Dassault Falcon, Concorde)
• aeronave cu destinație militară: construite și înarmate în vederea executării unei misiuni de luptă (F-16, MIG-21, Suhoi SU-27, Dassault Rafale, IAR 93)
• aeronave cu destinație specială (Northrop-Grumman RQ-4 Global Hawk, AeroVironment Pathfinder, Helios)

Airbus A300: mediu-curier

Airbus A318:scurt-curier

Airbus A340-600: lung-curier

Aeronavele cu destinație civilă sunt folosite pentru transportul pasagerilor, al mărfurilor sau aeronavele utilitare. Din punct de vedere al distanței de zbor, ele se clasifică în aeronave pentru:

• distanțe scurte – scurt-curiere (Airbus A318, Embraer ERJ-145)
• distanțe medii – mediu curiere (Airbus A300, Boeing 737, BAe, BAC 1-11)
• distanțe mari – lung-curiere (Boeing 747, Airbus A340, Concorde)
• transport cargo -( Antonov AN-124),

Multe linii aeriene împart avioanele cu destinație civilă în alte două categorii din punct de vedere operațional:

• avioane regionale - avioane de capacitate redusă, pentru curse scurte, din orașe mici, către un punct central, deseori operate de o sucursală sau un partener al liniei aeriene : Embraer ERJ 135, Bombardier Canadair CRJ 200, Avro RJ, Fokker F100 etc.
• avioane de linie principală, capabile de capacități și distanțe mai mari, cu servicii oferite direct de linia aeriană : toate modelele civile Airbus și Boeing, Tupolev 154, Il-96, etc.

Aeronavele cu destinație militară se subclasifică din punctul de vedere al misiunii specifice:

C-5 Galaxy: transport strategic greu

Panavia Tornado: multirol

Alpha Jet: antrenament/şcoală

B1-B: bombardament

E-3 Sentry AWACS: cercetare şi supraveghere aeriană

F-18E Super Hornet: multirol

• vânătoare-interceptare : destinate pentru anihilarea prin luptă aeriană a avioanelor inamice (MIG-31, SU-27, Rafale, Mirage 2000, F-14 Tomcat, F-15 Eagle, F-16 Falcon, F/A-18 Hornet). Acestea sunt ușor de manevrat, cu viteză mare de zbor și înarmate cu tunuri automate și proiectile reactive.
• bombardament (numite și bombardiere): destinate pentru lovirea cu bombe a obiectivelor terestre sau maritime, (Rockwell B-1, Northrop-Grumman B-2, Boeing B-52)
• cercetare și supraveghere aeriană: destinate pentru executarea cercetării aeriene și sunt dotate cu aparatură fotografică și cu alte mijloace tehnice speciale (de radiolocație, de televiziune) (Northrop-Grumman EA-6B, SR-71 Blackbird, Boeing 767 AWACS)
• cercetare-corectare: pentru cercetarea și corectarea focului artileriei
• antrenament/școală (Boeing-Douglas T-45 Goshawk, Dassault-Dornier Alpha Jet, Mirage F1, IAR 99 Șoim)
• transport și tehnică de luptă (Lockheed C-5 Galaxy, C-130 Hercules, Boeing-Douglas C-17 Globemaster, Airbus/EADS A400 M)

În general insă, avioanele militare au misiuni multirol, de exemplu: vânătoare-intercepție-strategie-bombardament (F-16, F/A-18, MIG-29, Tornado, Saab-39 Gripen, Rafale).

Aeronavele cu destinație specială sunt utilizate pentru cercetare sau experimentare. Tot în această categorie se încadrează aeronavele experimentale ale căror soluții constructive de natură aerodinamică sau tehnologică urmează a fi implementate la viitoarele aeronave de serie.

După sistemul de propulsie, aeronavele se clasifică în:

• aeronave cu elice (AN-2, Cessna 172, ZLIN Z-142)
• aeronave cu reacție (Boeing 747, A340, MIG-21, F-16, AN-124, Concorde)
• aeronave cu elice și reacție (turbopropulsor) (ATR-42, C-130 Hercules)

Din prima categorie fac parte aeronavele echipate cu motoare clasice cu piston și elice, din cea de-a doua categorie aeronavele cu motoare turboreactoare, iar din ultima, cele echipate motoare turbopropulsoare.

După numărul de motoare, aeronavele se clasifică în:

F-35 Joint Strike Fighter: monomotor

Boeing 747: cvadrimotor

Antonov AN-225: 6 motoare

B-52: 8 motoare

McDonnell-Douglas DC-10: trimotor

Convair B-36 Peacemaker: 10 motoare - 6 cu elice, 4 reactoare

• monomotoare (AN-2, ZLIN Z-142, MIG-21, F-16, Mirage F1)
• bimotoare (Airbus A300 A310, A330, Boeing 737, 777, Rafale, BAC 1-11, F-14, F-18, ATR-42)
• multimotoare (care pot fi : tri-motoare : McDonnell-Douglas DC-10, Boeing 727, patru-motoare : Boeing 747, Airbus A340, C-5 Galaxy, AN-124 sau cu mai multe motoare : An-225 - 6 motoare, B-52 - 8 motoare).

Avioanele de pasageri au, în general, între două și patru motoare.

James Prescott Joule

Joule s-a nascut la Mancester la 24 decembrie 1818. El era de profesie berar. Primele lucrari ale lui Joule in fizica sint legate de inventia aparatelor electromagnetice, care erau exemple elocvente de transformare a fortelor fizice.

Joule era excelent experimentator. Cercetind legile degajarii de caldura din curentul electric, el a inteles ca experientele cu surse galvanice nu-i vor permite sa dea raspuns la intrebarea, ce contributie aduce caldura transferata a reactiilor chimice la incalzirea conductorului, si ce contributie aduce insusi curentul.

Joule s-a nascut la Mancester la 24 decembrie 1818. El era de profesie berar. Primele lucrari ale lui Joule in fizica sint legate de inventia aparatelor electromagnetice, care erau exemple elocvente de transformare a fortelor fizice. Joule era excelent experimentator.

Cercetind legile degajarii de caldura din curentul electric, el a inteles ca experientele cu surse galvanice nu-i vor permite sa dea raspuns la intrebarea, ce contributie aduce caldura transferata a reactiilor chimice la incalzirea conductorului, si ce contributie aduce insusi curentul.

Atunci el realizeaza experienta, aplicind curentul de inductie. Astfel a fost descoperita legea lui Joule - Lent. În rezultatul numeroaselor experiente Joule ajunge la concluzia: caldura se poate obtine cu ajutorul fortelor mecanice. Înlocuind rotirea manuala a bobinei prin rotirea cu ajutorul greutatii cazatoare. Joule a gasit in anul 1843 echivalentul mecanic al caldurii.

Ulterior el a determinat aceasta marime prin diferite metode. Cea mai exacta valoare a echivalentului mecanic, aflata de Joule, este egala cu 427,3Kgcm/ccal(aproximativ 97%). Ea a fost obtinuta experimental prin incalzirea apei in calorimetru cu ajutorul greutatilor cazatoare.

Joule s-a nascut la Mancester la 24 decembrie 1818. El era de profesie berar. Primele lucrari ale lui Joule in fizica sint legate de inventia aparatelor electromagnetice, care erau exemple elocvente de transformare a fortelor fizice.

Joule era excelent experimentator. Cercetind legile degajarii de caldura din curentul electric, el a inteles ca experientele cu surse galvanice nu-i vor permite sa dea raspuns la intrebarea, ce contributie aduce caldura transferata a reactiilor chimice la incalzirea conductorului, si ce contributie aduce insusi curentul.

Joule s-a nascut la Mancester la 24 decembrie 1818. El era de profesie berar. Primele lucrari ale lui Joule in fizica sint legate de inventia aparatelor electromagnetice, care erau exemple elocvente de transformare a fortelor fizice. Joule era excelent experimentator.

Cercetind legile degajarii de caldura din curentul electric, el a inteles ca experientele cu surse galvanice nu-i vor permite sa dea raspuns la intrebarea, ce contributie aduce caldura transferata a reactiilor chimice la incalzirea conductorului, si ce contributie aduce insusi curentul.

Atunci el realizeaza experienta, aplicind curentul de inductie. Astfel a fost descoperita legea lui Joule - Lent. În rezultatul numeroaselor experiente Joule ajunge la concluzia: caldura se poate obtine cu ajutorul fortelor mecanice. Înlocuind rotirea manuala a bobinei prin rotirea cu ajutorul greutatii cazatoare. Joule a gasit in anul 1843 echivalentul mecanic al caldurii.

Ulterior el a determinat aceasta marime prin diferite metode. Cea mai exacta valoare a echivalentului mecanic, aflata de Joule, este egala cu 427,3Kgcm/ccal(aproximativ 97%). Ea a fost obtinuta experimental prin incalzirea apei in calorimetru cu ajutorul greutatilor cazatoare.

MICROSCOPUL OPTIC

Ce este microscopul?

Microscopul este un instrument ştiinţific care serveste la vizualizarea detaliilor tisulare, celulare şi macromoleculare care nu sînt vizibile la rezoluţia ochiului liber. 

Microscopul este un instrument optic care mărește imaginea unui obiect observat printr-un sistem de lentile. Cel mai răspândit tip de microscop este microscopul cu lumină artificială, descoperit prin anii 1600.În anul 1679, unul din pionerii microscopului, Antoni Van Leeuwenhoek, a comunicat Societății Regale din Londra că numărul de "animale mici" (spermatozoare) pe care le-a detactat în lapții unui cod-150 de bilioane- erau cu mult mai mare decât numărul total de oameni pe care planeta l-ar putea suporta. La două secole distanță, în secolul al XIX-lea, puterea de mărire și rezoluție a microscoapelor au crescut, lentilele nemaiavând distorsiuni cromatice și sferice.

Microscopul optic – este un aparat optic de mărit care utilizează ca sursă de radiaţie fotonul ( lumina albă). Calitatea cea mai de preţ a unui microscop este puterea de separare sau rezoluţia aparatului ( cea mai mică distanţă la care două puncte pot fi văzute distinct). 

Aparatul optic dă o imagine inversată şi mult mărită, virtuală sau reală a obiectelor prelucrate după tehnica cito-histologică. Examinarea se face prin transparenţă preparatul histologic fiind străbătut de un flux fotonic dirijat. 

Structurile avînd diferte densităţi, determină apariţia unor fenomene de refracţie şi difracţie a fluxului fotnic care stau la baza reconstruirii imaginii de către sistemul optic al microscopului. 

Cine a inventat microscopul?

Nu exista un singur inventator al microscopului deoarece cativa inventatori au experimentat cu teoriile si ideile si au dezvoltat diferite aspecte ale conceptului pana cand acesta a evoluat la ceea ce intelegem azi prin microscop.

In jurul anului 1590, doi olandezi producatori de ochelari, Zaccharias Janssen si fiul sau Hans, au experimentat cu conceptul brut de microscop care marea obiectele de 10 pana la 30 de ori. In 1609 Galileo a imbunatatit principiul si a adaugat un instrument de focusare.

Aceste instrumente rudimentare nu s-au schimbat foarte mult pana la inceputul anilor 70 din secolul XVII. Anton von Leeuwenhoek este considerat parintele microscoapelor datorita transformarilor pe care le-a adus in design-ul sau si domeniului de utilizare al microscopului. Acesta lucra ucenic intr-un magazin in care lentilele de marire erau folosite pentru a observa tesatura hainelor. Anton a fost inspirat de aceste lentile si a invatat singur metode noi de finisare pentru lentile mici care mareau de pana la 270 de ori. Astfel a aparut primul microscop propriu-zis. In 1674, Anton a fost primul care a putut vedea si descrie bacterii, mucegaiuri, plante sau viata dintr-o picatura de apa.

Pana in anii 50 ai secolului XIX nu au mai fost facute imbunatatiri substantiale. In acesti ani insa, cativa inventatori din Europa si America au adus contributii importante. Din acei ani microscoapele clasice sau stereo s-au schimbat foarte putin.

La inceputul anilor 30 din secolul trecut primul microscop cu raze cu electroni a fost dezvoltat – un mare avans in tehnologie deoarece s-a reusit cresterea puterii de marire de la 1000x pana la 250.000x sau mai mult. Aceste microscoape folosesc electroni pentru a examina obiectele.

La formarea imaginii intervin:

•  fluxul fotonic ( sursa de lumină ) 
•  preparatul 
•  obiectivul 
•  ocularul 
• ochiul observatorului 

Elementele constituente ale microscopului sunt: 

• partea mecanică 
• partea optică 
• sursa de fotoni 

Caracteristici specifice microscopului optic: 

• utilitează o sursă fotonică 
• examinarea se efectuează prin transparenţă 
•  ordinul de mărire al microscopului optic utilizand lumina albă este cuprins între 2000- 3000 X 
•  acest domeniu poate fi extins pană la 7000 X utilizand ca şi sursă fotonică o sursă de lumină cu spectrul în ultraviolet 

MICROSCOPIA ELECTRONICĂ

Microscopul electronic - este un instrument utilizat cu predilecţie în activitatea ştiinţifică de cercetare realizînd o putere de mărire care depăşeşte cu mult pe cea a microscopului optic. 

Spre deosebire de microscopul fotonic, microscopul electronic utilizează ca sursă de lumină un fascicul de electroni de înaltă energie emis de pe suprafaţa unui catod. Această examinare poate genera următoarele informaţii: 

•  topografie – trăsăturile de suprafaţă ale unui obiect, textura sa 
•  morfologie – forma şi mărimea particulelor care alcătuiesc obiectul 
•  compoziţie – elementele şi compuşii din care este alcătuit obiectul şi cantitatea relativă a lor 
•  imformaţii cristalografice – cum sînt aranjaţi atomii în obiect 

CLASIFICAREA MICROSCOAPELOR ELECTRONICE

Microscoapele electronice pot fi: 

• prin transmisie cînd fascicolul de electroni străbate obiectul. Acest tip este folosit în deosebi în medicină şi biologie 
•  prin emisie, la care obiectul de studiat emite el însuşi electroni 
• prin reflexie, la care lungimea se obţine prin reflectarea de către obiect a electronilor ce provin de la o sursă specială. Acest tip este folosit în special în metalurgie, chimie 

Caracteristici specifice microscopului electronic: 

• utilizarea unui fascicol de electroni de înaltă energie obţinuţi de la osursă externă 
• examinarea preparatului se execută numai în vid 
•  preparatul histologic expus unei astfel de examinări trebuie să îndeplinească condiţii speciale 
• ordinul de mărire a microscopului electronic poate să ajungă la valoarea 1000000X 
• imaginile obţinute prin examinare cu acest flux electronic sînt obţinute la nivelul unui ecran sensibil fluoroscopic

TIPURI DE MICROSCOAPE

 Foarte multe microscoape intra in categoria microscoapelor cu iluminare: au nevoie de lumina pentru ca dumneavoastra sa vedeti o imagine marita. In aceasta categorie intra doua tipuri de microscoape: microscoape biologice (de mare putere) si microscoapele stereo sau de disectie (de putere mai mica).

• Microscopul biologic 

 Acesta este cel mai comun tip de microscop; mai este numit de cercetare. 

 Puterea de marire variaza intre 40 si 1000 de ori dar poate merge pana la 1500x sau 2000x. 

 Cea mai importanta zona folosita este cea intre 400x-500x In cazul acestui tip de microscoape, pentru a obtine o imagine marita, lumina are un traseu unic care trece printr-o serie de lentile in linie fiecare lentila marind imaginea deja marita de lentila care a precedat-o. Pe scurt: un singur traseu al luminii si mai multe lentile. Sistemul de lentile consta dintr-un obiectiv (cea mai apropiata lentila de obiect sau specimen), un ocular (cea mai apropiata lentila de ochiul observatorului), un mecanism de focusare a imaginii si unul de pozitionare a specimenului sau obiectului. 

 In plus, microscopul foloseste lumina (reflectata de o oglinda, naturala, de la o alta sursa sau de la un iluminator incorporat) pentru a ilumina specimenul sau obiectul astfel incat acesta sa poata fi vazut cu ochiul. De obicei obiectivul consta din 3 sau 4 lentile (uneori chiar 5) montate pe un adaptor rotativ pentru obiective astfel incat puterea de marire sa poata fi modificata in functie de obiectivul selectat. Imaginea produsa este bidimensionala (2D) si este de obicei in oglinda si rasturnata. Cea mai folosita metoda de iluminare a specimenului este trans-iluminarea, lumina este proiectata de dedesubt si trece prin specimen. 

 La o marire de 400x detaliile sunt la nivel celular in cazul specimenelor biologice. A invata despre celule si micro-organisme este educational si foarte important in domenii medicale sau stiintifice.

•  Microscopul stereo 

 Acest tip de microscoape este al doilea tip de microscop in ordinea popularitatii. Ele mai sunt denumite microscoape de disectie sau de inspectie. Prin microscop stereo intelegem un instrument cu putere mica de marire. Puterea de marire poate varia intre 10x si 80x; dar de obicei este situata intre 10x si 40x. Modelele cu zoom sunt foarte convenabile avand de obicei posibilitatea de a mari intre 10x si 60x. Puterile mici de marire sunt folosite pentru a examina obiecte mai mari precum parti de insecte sau plante, roci sau fosile, timbre, placi de PC, monede, suprafata diferitelor materiale etc. Pot fi studiate si lame cu specimene la aceste puteri mici de marire. In cazul microscoapelor stereo exista doua trasee separate ale luminii care produc o imagine tridimensionala (3D) a obiectului sau specimenului. 

 Obiectivul consta din doua lentile, una langa alta, care corespund celor doua trasee amintite mai sus. Parametrii design-ului unui microscop stereo limiteaza efectul 3D doar la puteri mici de marire.

 De obicei sistemul de lentile consta din obiective (lentilele mai apropiate de obiect sau specimen), oculare (lentilele mai apropiate de ochii observatorului), un mecanism de focusare si unul de pozitionare a specimenului sau obiectului. In plus, un microscop foloseste lumina (de la lampi, lumina naturala, iluminator integrat) pentru a ilumina obiectul sau specimenul astfel incat acesta sa poata fi observat. Imaginile sunt corect orientate. 

 Majoritatea microscoapelor stereo au iluminator incorporat sau atasabil, pentru a putea observa specimene de diferite forme sau culori. 

           Alte tipuri de microscoape:

 In acesta categorie intra microscoapele avansate si mai scumpe, construite pentru utilizari specifice in domeniul medical sau in cercetare. Exista mai multe tipuri de astfel de microscoape, le amintim mai jos pe cele mai populare 

•  Microscoape cu contrast de faza sunt microscoape care foloseste diferentele din fazele luminii transmise sau reflectate de un specimen pentru a forma imagini distincte si contrastante a diferitelor parti ale specimenului

•   Microscoape polarizante sunt microscoape la care specimenul observat este iluminat cu lumina polarizata pentru analiza unor materiale ne-organice precum cristalele, in chimie sau mineralogie optica. - Microscoape cu Fluorescente microscoape care folosesc o metoda de iluminare pentru localizarea materialelor marcate fluorescent (proteine, enzime, gene) extragand o lungime de unda in speranta ca elemente fluorescente vor aparea emitand o lumina la o lungime de unda distincta. 

•  Microscoape Metalurgice sunt folosite pentru identificare, inspectia si analiza diferitelor metale sau aliaje 

•   Microscoape cu raza de electroni pretul acest tip de microscoape trece de obicei de suma de 80.000 Euro. Un astfel de microscop foloseste o raza cu electroni in locul luminii, pentru a face examinari de mare finete a unor specimene. Pot ajunge la mariri de peste 500.000x si se pot examina la un specimen topologia, morfologia, compozitia, etc. 

•  Microscoape Digitale combinatii intre un microscop si o camera digitala. Cele mai populare camere digitale sunt cele care folosesc senzori CMOS sau CCD. Camera poate fi incorporata sau atasabila. Folosind un software dedicat, utilizatorul poate vedea, salva si edita imaginea. Unele programe deloc ieftine pot face si diferite tipuri de analize ale imagini (medicale, de exemplu) .

•   Microscoape portabile folosesc noi tehnologii pentru o camera miniaturala si iluminator. Puteti folosi un calculator pentru a vedea imaginea si pentru a o captura.

Alte intrebari despre microscop

Ce poti face cu un microscop?

S-ar putea scrie o carte raspunzand doar la aceasta intrebare. Pe scurt insa, microscopul poate fi folosit in multe situatii:

• studierea timbrelor, monedelor, insectelor
• copiii pot descoperi o lume noua si interesanta
• elevii si studentii pot invata foarte multe cu ajutorul microscoapelor
• un microscop poate fi folosit in medicina pentru analize sau pentru cercetare in diferite discipline
• masurarea si inspectia instrumentelor in industrie
• analize pentru observarea unor aspecte ce tin de sanatatea publica
• realizarea de fotografii 

Normalul devine extraordinar atunci cand este privit prin microscop. 

Microscoapele sunt instrumente esentiale pentru crearea de noi medicamente si la gasirea tratamentelor pentru numeroase boli

Toata lumea ar trebui sa detina un microscop, acesta va dura o viata intreaga daca il veti manevra corespunzator. Multa lume considera ca microscoapele sunt complexe si dificil de utilizat, folosite doar in cercetare si universitati sau ca sunt extrem de scumpe- in realitate sunt mai ieftine decat credeti iar lumea pe care v-o deschid este uimitoare. In plus sunt si foarte usor de folosit.

In ce domenii sunt folosite microscoaple si de catre cine?

• Pasionati: monede, timbre, pentru invatare sau descoperire de lucruri noi
• Educatie: chimie, biologie, botanica, zoologie
•  Medicina: microbiologie, hematologie, patologie, entomologie, dermatologie, stomatologie, medicina veterinara, in analize uzuale sau in cercetari avansate. De la scolile de medicina pana la laboratoarele spitalelor.
•  Industrie: inspectia componentelor si ansamblurilor electronice, a diferitelor materiale ca metalul, textile, plastic, etc. Se mai foloseste in agricultura, berariii sau pentru gravuri. Mai sunt folosite de bijutieri sau arheologi.
• Elevi si profesori: in procesul de invatare incepand cu scoala primara pana in universitati
• Stiinta: arheologie, oceanografie, geologie, metalurgie, sanatate publica, siguranta publica - calitatea apei, farmaceutica, aplicatii militare etc

PARTILE UNUI MICROSCOP

Obiectivele sunt cele mai importante componente ale microscopului si le vom discuta mai in detaliu. Principala functie a lor este de a aduna lumina care trece prin specimen si apoi sa proiecteze imaginea in corpul microscopului. Apoi, ocularul transmite imaginea mai departe, la ochiul observatorului. Microscoapele de calitate folosesc obiective din sticla, nu din plastic. Obiectivele sunt lentilele cele mai apropiate de specimen sau obiect.

Intr-un microscop biologic exista un obiectiv si un ocular. La microscoapele stereo obiectivele sunt in pereche (cate un obiectiv pentru fiecare ocular) pentru a forma o imagine 3D. 

Pe obiectivele microscoapelor biologice sunt trecute urmatoarele informatii: puterea, lungimea tubului DIN, N.A. (diametrul aperturii), grosimea optima a lamelei (sticlei de protectie), un inel in culoarea specifica puterii de marire. 

Obiectivele au puteri de marire diferite, de la 1x la 160x, dar cele mai populare variaza intre 4x si 100x. Majoritatea microscoapelor biologice au 3 sau 4 (ocazional 5) obiective cu puteri de 4x, 10x, 40x si 100x care se rotesc pe un adaptor pentru a oferi diferite puteri de marire. Obiectivele de 4x, 10x, 40x mai sunt denumite obiective “uscate” ceea ce inseamna ca opereaza cu aer intre obiectiv si specimen. Obiectivele de 100x sunt numite obiective “umede” ceea ce inseamna ca opereaza cu ulei de imersie intre lentila si specimen.

Microscoapele stereo au de obicei unul sau doua tipuri de oculare cu puteri de 1x, 2x, 3x sau 4x. Mai exista si obiective cu zoom care opereaza intre 0.5x si 5x.

Capacitatea de a corecta aberatiile lentilei si planeitatea campului determina destinatia de utilizare si pretul obiectivelor la microscoapele biologice. Cele mai ieftine obiective sunt cele acromate si se intalnesc la microscoape cu preturi sub 750$. Pretul obiectivelor creste la cele cu fluorit sau semi-apocromate. Cele mai scumpe sunt obiectivele apocromate. 

Planeitatea campului (sau curbura campului) se refera la cat de focalizat este specimenul pe intreaga suprafata a imaginii. La obiectivele acromate planeitatea se regaseste pe o suprafata de 50% - 70% din intreaga suprafata a imaginii. Obiectivele mai plane (micro-plane sau semi-plane) sunt cele semi-apocromate care sunt plane pe 70% - 85% din suprafata. Obiectivele apocromate sunt plane si ofera imagini clare pe 90-100% din campul vizual. 

Apertura numerica (N.A.) este un numar care exprima capabilitatea lentilei de a rezolva detalii fine la un obiect care este observat. Cu cat numarul N.A. este mai mare, rezolutia este mai buna. N.A poate varia de la 0.04 (putere mica) la 1.4 (putere mare, in cazul obiectivelor plane, “umede”). N.A. este trecut pe obiectiv si de obicei apare astfel: 4x=0.10, 10x=0.25, 40x= 0.65 si 100x=1.25

Rezolutia (propriu-zisa, nu teoretica) este distanta de separare dintre doua detalii (linii sau puncte) care se afla unul langa celalalt, dar vazute ca distincte. Cu cat rezolutia este mai mare cu atat cele doua puncte pot fi mai apropiate si distincte in acelasi timp. Rezolutia apartine obiectivelor si nu ocularelor, cele din urma doar marind rezolutia. 

Uneori obiectivele au inele colorate (dupa un sistem de culori universal recunoscut) pentru a putea identifica mai usor puterea de marire: negru=1x, maro=2x, rosu=4x, galben=10x, verde=20x, turcoaz=25x, albastru deschis=40x, albastru inchis=60x, alb=100x

Alt numar care se poate afla inscris pe un obiectiv (cum ar fi 0.17) se refera la grosimea in mm a lamelei recomandata de producator pentru a imbunatati performantele obiectivului.

Obiectivele cu standard DIN (Deutsche Institut Fur Normung) sunt cele mai populare in standardele internationale. Asta insemana ca un obiectiv cu acest standard produs de o anumita firma este compatibil cu microscoapele produse la acelasi standard de catre o alta firma. Standardul se refera distanta de 45mm parafocala (explicata mai jos) si la filetul RMS standard de 33mm pentru obiectiv. Distanta de 45mm este distanta de la orificiul de montare al obiectivului in ocular pana la punctul de focus de pe specimen. JIS (Japanese Industrial Standard) este un standard mai putin folosit pentru obiective. In acest caz se folosesc obiective cu distanta de 36mm. RMS (Royal Microscopical Society) foloseste o distanta parafocala de 33mm. Diametrul de montare este de 20.32mm 

Parfocal – se refera la posibilitatea de a schimba obiectivele de diferite puteri si de a pastra focusul (sau sa fie necesara foarte putina refocusare). Paracentrat se refera la pozitia centrata a specimenului care ramane aceeasi dupa schimbarea obiectivelor. 

Uleiul de imersie concentreaza lumina si mareste rezolutia. Un ulei special este folosit cu obiectivele de 100x atunci cand se doreste obtinerea de mariri cuprinse intre 1000x si 1500x. Tehnica este folosita pentru a face sa dispara aerul aflat intre obiectiv si specimen. Dupa ce obiectivul atinge uleiul, care trebuie sa aiba o reflectivitate specifica, cele doua elemente se comporta ca o singura unitate. Uleiul de imersie este singurul ulei potrivit pentru acest scop, asigura imagini marite de calitate si inlatura pericolul distrugerii obiectivului. Exista doua tipuri de uleiuri de imersie – Tipul A care are o vascozitate scazuta si Tipul B cu o vascozitate mai mare.

Ocularele

Ocularele sunt formate dintr-o serie de lentile montate intr-un tub si se afla in partea superioara a unui microscop. Functia principala a ocularelor este acela de a permite utilizatorului sa vada imaginea focusata, proiectata de obiectiv si sa mareasca pentru a doua oara aceasta imagine. Ca si in cazul obiectivelor, ocularele construite din plastic asigura o calitate scazuta. Ocularele pot fi de diferite design-uri: Huygens, Ramsden, Kellner, Plossl, etc. si toate sunt potrivite pentru microscoape, diferentele fiind mult mai putine ca in cazul ocularelor folosite la telescoapele astronomice.

Ocularele sunt de obicei de 10x dar exista si oculare 5x, 12.5x, 15x si 20x. “x” se refera la puterea de multiplicare a maririi pe care o are obiectivul. Pe oculare sunt inscrise  puterea de marire si diametrul aperturii. Apertura este cea care limiteaza campul vizual. 

Ocularele pot fi si cu un camp vizual larg. In acest caz au un diametru mare. Majoritatea sunt 10x dar se intalnesc si de 15x sau 20x. Relieful ocular este distanta (in milimetri) dintre ochiul observatorului (cornee) si suprafata cea mai apropiata a ocularului – cu cat mai mare acest relief ocular cu atat mai bine pentru cei care poarta ochelari.

Punctul ocular este pozitia ideala a ochiului fata de ocular pentru obtinerea celei mai bune imagini. Un reticul (micrometru) este o bucata de sticla care are un pattern ce permite efectuarea de masuratori asupra obiectelor vazute prin microscop.

Inelul de ajustare a dioptriilor face posibila obtinerea de imagini focusate pentru persoanele care au dioptrii diferite la ochi. Inelul pentru ajustarea dioptriilor poate fi folosit si de cei care poarta ochelari pentru a vedea imagini clare si fara a purta ochelarii. In mod normal, inelul se afla pe ocularul stang. Pentru a face ajustari inchideti ochiul stang, priviti cu ochiul drept si focusati imaginea pana cand devine foarte clara. Inchideti apoi ochiul drept, priviti cu stangul si focusati folosind inelul de ajustare a dioptriilor.

Cupele de cauciuc ale ocularelor se intalnesc mai ales la microscoapele stereo. Au rolul de a reduce lumina ambientala si ofera comfort - nu este recomandat sa fie folosite de persoanele care poarta ochelari.

Condensatorul

O lentila sau un sistem de lentile care se afla sub platforma microscoapelor biologice. Functia condensatorului este de a aduna lumina ambientala si de a o concentra intr-un con de lumina inspre specimen.

Obiectivele puternice au diametre foarte mici si au nevoie de o lumina corespunzatoare. Un condensator clasic este de obicei fixat. Un condensator care se misca si este mult mai precis (dar si mai scump) este condensatorul Abbe. Acesta poate fi deplasat de obicei pe verticala, reglandu-se cantitatea de lumina transmisa. Se monteaza sub platforma si are de obicei o apertura de tip iris, ajustabila pentru a controla diametrul razei de lumina care intra in sistemul de lentile. Condensatorul este foarte util cand se folosesc puteri de mariri de 400x sau mai mari.

Un condensator ar trebui sa aiba un N.A. egal sau mai mare cu N.A. al obiectivului folosit. Un condensator clasic are N.A de 0.65 care este bun pentru mariri de 400x sau mai mici. Pentru mariri mai mari aveti nevoie de condensatoare Abbe cu N.A. de 1.20 sau 1.25.  Exista si condensatoare mai performante decat cele de tip Abbe – condensatoarele aplanate acormate care au un camp foarte plat dar sunt si foarte scumpe.

Unele condensatoare pot fi construite avand accesorii speciale de control al fazei, de polarizare a luminii, interferente diferentiale si camp negru.

Diafragma

 Diafragma mai este denumita si diafragma de sub platforma sau diafragma aperturii. De obicei se gaseste sub platforma microscopului si ajusteaza cantitatea de lumina care trece spre specimen. Este foarte utila la puteri mari de marire. Majoritatea microscoapelor biologice au unul din cele doua tipuri de diafragme:

1.    Diafragma disc – cel mai simplu si mai ieftin tip de diafragma. Este localizata intre sursa de lumina si lama sau specimen. Consta dintr-un disc rotativ si 5-10 orificii de diferite diametre care pot limita cantitatea de lumina care trece. 

 2.    Diafragma iris – un tip de diafragma mai simplu si mai scump. Au un diametru variabil (precum irisul unui ochi) care are rolul de a limita diametrul orificiului prin care trece lumina. Se poate astfel optimiza rezolutia, contrastul, claritatea. De obicei se controleaza cu ajutorul unei mici manete.

Sistemul de iluminare (sursa de lumina)

Deoarece specimenele nu genereaza ele insele lumina, este nevoie de un iluminare. Iluminarea este aplicarea de lumina pe specimen sau obiect. Iluminatorul este sursa de lumina care ilumineaza obiectul sau specimenul pentru a putea fi observat. Iluminarea trebuie sa fie luminoasa, fara reflexii nedorite si uniforma.

Cel mai simple moduri de iluminare sunt folosirea unei lampi sau a luminii ambientale. Multe microscoape biologice sunt dotate cu oglinzi plan/concave pentru redirectionarea luminii spre specimen. Partea plana a oglinzii ofera imagini clare. Daca simtiti ca este nevoie de mai multa lumina atunci trebuie folosita partea concava a luminii. Acestea sunt metode ieftine de iluminare dar nu pot fi intotdeauna cele de care aveti nevoie.

Un alt tip de iluminare, un pic mai scump, este folosirea unui iluminator incorporat (sau atasat) care asigura iluminare directa si mai intensa. Iluminatoarele se afla deasupra specimenului atunci cand sunt folosite puteri mici de marire (microscoape stereo) si se numeste iluminare incidenta. Daca iluminatorul se afla sub specimen atunci este vorba despre transiluminare. Iluminarea care se face atat de deasupra cat si de dedesubt este destinata specimenelor subtiri care prezinta iregularitati pe suprafata. Iluminatoarele pot avea lumina cu intensitate fixa sau variabila (in acest ultim caz au un buton de reglare a intensitatii)

Iluminatoarele pot folosi diferite tipuri de surse de lumina:

 Tungsten – un bec cu filament care este foarte popular si ieftin. Da o lumina galbena si caldura moderata. De obicei sunt de 15W sau 20W.

 Halogen – o lampa care de obicei este cea mai fierbinte sursa de lumina pentru un microscop. Lumina este foarte puternica, alba si concentrata. Sursele de lumina cu halogen sunt mai scumpe decat cele tungsten. Sunt de obicei de 15W sau 20W

Fluorescente – o lampa cu temperatura mica. Lumina este puternica, alba si ofera imagini clare, comfortabile pentru ochi. Este foarte indicata pentru observarea specimenelor vii. Sunt de obicei de 5W sau 10W si dau o luminozitate echivalenta cu sursele halogen sau tungsten. Pot fi montate pe baza microscopului sau pot fi atasate.

LED - diode care emit lumina si ofera o lumina puternica si aproape deloc caldura. Este cel mai luminos si mai rece sistem de iluminare. Folosesc baterii si din acesta cauza microscoapele nu au nevoie de cabluri si pot fi folosite si afara. 

Exista variate forme de iluminare in functie de cantitatea de lumina sau calitatea luminii:

Camp luminos - cea mai importanta si cea mai populara forma de iluminare intalnita la microscoape. Este o sursa de lumina directionata si intensa. Lumina este transmisa de sub platforma, prin condensator, prin specimen, prin obiectiv, prin ocular, pana la ochiul observatorului.

Difuza - atunci cand se aplica un material semitransparent, translucid in fata condensatorului.  Deseori o astfel de iluminare aduce modificari subtile imaginii.

Contrast de faza – folosita pentru ca o gama larga de specimene vii (sange, tesuturi, culturi de celule) sunt transparente si au un contrast slab. Folosind un inel de reglare a fazei montat in fata planului focal al condensatorului se moduleaza raza de lumina. Se scade si lumina de fundal cu 85%, fundalul fiind aproape negru pentru a contrasta cu structura iluminata a obiectului. Chiar daca rezolutia imagini scade, pot fi vazute detalii care nu apareau.

Camp inchis – o metoda de a examina specimene transparente sau semi-transparente, care nu pot fi distinse de fundal. Doar un mic volum de lumina ajunge la specimen pentru a putea fi observate texturi.

Koehler – o tehnica de a optimiza calitatea luminii si claritatea, aliniind si ajustand fiecare componenta a sitemului optic incepand cu un focalizator de lumina. Lumina va fi puternica si uniforma. Koehler este cea mai buna forma de iluminare pentru un microscop si este caracteristica microscoapelor scumpe.

Sisteme de focalizare

Sunt folosite pentru focalizarea imaginii pe care o priviti. Fiecare microscop detine un buton (rotita) pentru focus rapid (de cursa). Microscoapele biologice mai scumpe detin si un buton (rotita) de focus fin. Focusul fin este avantajos in cazul folosirii puterilor mari de marire (peste 400x). Microscoapele stereo, care folosesc puteri mici de marire, nu necesita focus fin.

Controale coaxiale – sunt acelea la care butonul de control rapid si butonul control fin sunt unul deasupra celuilalt. Butonul mai mare este de obicei pentru focus rapid iar cel mai mic pentru control fin al focusului. Butonul mai mic se afla de obicei centrat pe butonul mai mare.

Mecanismele de focusare folosite intr-un microscop constau dintr-o tija cu pinion. Acesta este un design care foloseste o roata dintata si o tija dedicata. Tija reprezinta o cale cu dinti iar pinionul are o cursa pe acesta tija. Rotind butonul, pinionul se misca de-a lungul tijei.

Un element de blocare a tijei (surub de blocare) este un surub ajustabil localizat la sau langa baza mecanismului de focus. Atunci cand ajustati corespunzator acest surub, evitati sa loviti obiectivul de lamela cu specimen. 

Focusul se poate realiza in doua moduri. Platforma se misca vertical mai aproape sau mai departe de obiectivul care ramane fix.  Cealalta metoda presupune miscarea pe verticala a obiectivului in timp ce platforma ramane fixa.

Capul (corpul) 

Capul este partea superioara a microscopului care conecteaza ocularul de adaptorul pentru obiective. Unele au o pozitie fixa si pot fi indoite la unghiuri cuprinse intre 0 si 60 de grade. Microscoapele mai scumpe au un cap care poate fi rotit 360 de grade, astfel incat doi sau mai multi observatori sa poata vedea specimenul fara a fi nevoie sa se deplaseze sau sa roteasca intreg microscopul.

Exista cateva tipuri de capuri:

Monocular: la microscoapele cu un singur ocular. Acestea sunt modele mai economice. Un cap monocular care mai are un port vertical de observare este denumit cap pentru invatare si poate fi folosit si de o a doua persoana. In acest port se pot instala si camere de fotografiat. 

Binocular: un microscop cu doua oculare, unul pentru fiecare ochi. Sunt in general folosite la microscoapele biologice cu puteri mari de marire sau la microscoapele stereo. Sunt mai comfortabile ca si cele monoculare. Exista mai multe tipuri de capuri binoculare in functie de modul in care se ajusteaza distanta interpupilara (IPD): (1) seidentoff –IPD este ajustata rotind ocularele sus-jos. (2) slider – IPD este ajustabil miscand ocularele mai aproape sau mai departe unul de altul.

Trinocular: un microscop cu cap binocular pentru observatii si cu un al treilea port care poate fi folosit pentru un al treilea ocular pentru o a doua persoana sau pentru a monta o camera. La multe microscoape, cantitatea de lumina poate fi ajustata (de la 30% la 70%) pentru cel de-al treilea port. 

Capurile binoculare contin prisme care transmit razele de lumina de la obiective la oculare. Cele doua oculare trebuie aliniate cu pupilele utilizatorului pentru observatii comfortabile si imagini clare. Procedeul se numeste ajustarea distantei interpupilare (IPD) 

Adaptorul de obiective

Adaptorul de obiective este rotativ si se afla deasupra platformei microscoapelor biologice si poate sustine mai multe obiective, cu puteri diferite de marire. Rotind obiectivele si plasandu-le pe traseul luminii si deasupra specimenelor puteti vedea specimenele la diferite puteri de marire. Cand se rotesc, obiectivele vor face clic in momentul in care ajung in pozitia corespunzatoare pentru observatii. In mod normal exista 3 sau 4 obiective (uneori cinci), cele mai populare puteri de mariri fiind de 4x, 10x, 40x, 100x. 

Uneori, obiectivele de 40x si 100x pot fi retractate usor pentru a preveni contactul cu suportul specimenului sau cu obiectul. Unele adaptoare de obiective se numesc “inversate” deoarece obiectivele se monteaza intre cap si adaptor.

La microscoapele stereo adaptorul poate fi o singura carcasa ce adaposteste obiectivul sau poate fi rotativ, avand doua obiective.

Bratul

Este acea parte a microscopului care include mecanismul de focusare si pe care este montata platforma. Bratul ofera rigiditate microscopului, pornind de la baza.  Atunci cand vrem sa miscam un microscop trebuie sa il tinem cu o mana de brat si cu cealalta de sub baza. Cateva tipuri de brate:

Fixe – bratul si corpul sunt parti integrate ale microscopului si sunt conectate solid cu baza.

Stalp – porneste vertical din baza. Corpul microscopului se poate roti in jurul postului si poate fi miscat in sus sau jos

Universal – sustine corpul microscopului. Are posibilitatea de a fi ajustat pentru a alinia microscopul in diferite configuratii. Este cel mai putin popular tip de brat. 

Baza

Baza este suportul inferior al microscopului. Ofera echilibru, stabilitate si rigiditate. Gazduieste componentele electrice necesare iluminarii.

Tuburile pentru oculare

Se mai numesc si tuburi de observatie.  Sunt atasate bratului, deasupra adaptorului pentru obiective. Sunt de obicei pozitionate la 30 de grade sau 45 de grade pentru a asigura observatii comfortabile. In capat, au o lentila speciala, numita lentila tubului. Lungimea tubului are marime fixa care echivaleaza cu distanta dintre capatul obiectivului si punctul in care se formeaza imaginea focusata. Aceasta distanta este hotaratoare in ceea ce priveste posibilitatea de a schimba componentele optice. 

Lentila tubului

La capatul tubului pentru oculare se afla o lentila numita lentila tubului. Functia sa este de a aduna razele paralele de lumina proiectate de obiective si de a le concentra in planul diafragmei ocularului. Pe unele microscoape lentila tubului este inclusa chiar in corpul microscopului. 

Platforma

Se afla sub obiective, si pe ea sunt asezate specimenele sau obiectele pe care doriti sa le observati. Au o suprafata fina, plana care poate fi circulara sau rectangulara. La cele mai multe microscoape biologice platforma se misca sus-jos in timp ce adaptorul pentru obiective este fix. Platforma are un orificiu care permite trecerea luminii. Exista platforme simple, dar si complexe, cum ar fi cele mecanice. 

Cu cat o platforma este mai complexa si mai scumpa, cu atat mai usor va va fi sa centrati specimenul. O scala de tip Vernier pe platforma va poate oferi posibilitatea sa efectuati masuratori.

Termeni asociati microscoapelor

Puterea de marire – puterea de marire a unui microscop poate fi determinata inmultind puterea de marire a obiectivelor cu puterea de marire a ocularelor. De exemplu, un obiectiv 40x folosit impreuna cu un ocular 10x ofera o putere de marire a microscopului de 400x. Puterea de marire indica de cate ori mai mare apare imaginea specimenului fata de cum este vazuta cu ochiul liber.

Puterile mai mici de marire permit formarea de imagini mai luminoase, mai clare si ofera un camp vizual mai larg. Puterile mai mari,ofera imagini mai intunecate un pic si un camp vizual mai ingust. Atunci cand faceti observatii, incepeti cu o putere de marire mai mica si continuati cu puteri mai mari. Puterile mari de marire sunt nefolositoare daca rezolutia nu este buna. Daca puterea de marire creste fara ca si detaliile sa se imbunatateasca atunci avem de-a face cu o “marire goala”. Daca aveti nevoie de mariri mari folositi un obiectiv mai puternic, mai degraba decat un ocular puternic.  De exemplu, folosind un obiectiv 40x si un ocular 10x obtineti o imagine mai buna decat daca folositi un obiectiv 20x si un ocular 20x, chiar daca puterea de marire este identica, 400x.

Camp vizual – este diametrul cercului de lumina pe care il vedeti cand priviti prin microscop si se masoara in milimetri. Puterile de marire mai mici ofera un camp vizual mai mare. Daca mariti puterea, campul vizual se va ingusta.  Exista oculare cu camp larg sau super-larg, a caror camp vizual este mai mare decat al ocularelor standard. 

Profunzimea campului – reprezinta o caracteristica a obiectivelor si indica cel mai apropiat punct si cel mai indepartat punct in campul vizual, care sunt in focus simultan. Obiectivele cu putere mica de marire au o profunzime de camp mai mare decat obiectivele cu puteri mari de marire.

Adancimea de focus – indica cel mai indepartat punct si cel mai apropiat punct din planul filmului (fotomicrologie) sau in planul CCD-ului (video microfotografie) care se afla simultan in focus. Este reversul profunzimii de camp – este mai mare la obiectivele cu putere mare de marire.

Planeitatea campului – o calitate care descrie aparenta campului vizual ca fiind plan de la o margine la alta.

Luminozitate – cat de luminoasa sau intunecata este o imagine? Luminozitatea este strans legata de sistemul de iluminare folosit. Mai este legat si de N.A. al obiectivului – cu cat apertura este mai mare cu atat imaginea va fi mai luminoasa. 

Contrast – raportul partilor luminoase si intunecate dintr-o imagine. Arata cat de bine este definit specimenul. Este influentat de sistemul de iluminare

Colimarea (alinierea) – centrarea tuturor elementelor optice pe o singura axa

Accesorii pentru microscop

Lame cu preparate – pentru cei care nu doresc sa prepare propriile lame sau pentru cei care doresc sa-si imbogateasca colectia de lame cu preparate. Aceste lame deschid drumul catre lumea micro-organismelor. Pentru cele mai bune rezultate folositi doar lame de sticla cu dimensiunea de 1”x3”

Filtre – se pot dovedi utile in cresterea contrastului si corectia de culoare pentru observatii, nu si pentru fotografie. Albastru este cel mai folosit filtru deoarece absoarbe lumina rosie si galbena a becurilor de la iluminatoarele care se intalnesc la foarte multe microscoape. Filtrele verzi, galbene sau semi-opace dau efecte variate. Toate filtrele ar trebui testate pentru a observa modificarile care apar in functie de tipul folosit. 

Lame goale – destinate celor care doresc sa realizeze propriile preparate. Cele de o calitate mai buna sunt fabricate din sticla. Unele ar putea avea o mica depresiune pentru a sustine in ea cateva picaturi de lichid.

Lamele (sticla de protectie) – extrem de subtiri, din plastic sau sticla. Se aseaza deasupra specimenului pentru a-l proteja in timpul observatiilor sau al depozitarii si pentru a presa preparatele temporare. Au diferite grosimi care corespund unui numar inscris pe obiectiv, pentru a oferi cele mai bune rezultate.

Kit pentru realizarea de preparate – contine lame goale, lamele, substante pentru colorarea obiectelor si specimenelor, instrumente de disectie, etichete, etc. care sunt extrem de folositoare.

Camere si adaptoare foto – pentru foto-micrografie prin microscop. Cea mai populara forma de capturare a imaginilor este folosirea de camere digitale sau camere CCD. Majoritatea camerelor sunt folosite ca accesorii ale microscoapelor, impreuna cu adaptoare pentru atasarea lor la tuburile pentru oculare – atat la microscoapele biologice cat si la microscoapele stereo. Exista diferite adaptoare pentru atasarea camerelor digitale sau cu film la un anumit tip de microscop. 

Accesorii specializate – unele microscoape sunt construite pentru a fi folosite cu anumite tipuri de kituri sau adaptoare dedicate – kit pentru contrast de faza, adaptor pentru camp inchis sau kit de polarizare.

Aberatii optice

Aberatiile reprezinta orice eroare care duce la aparitia imprfectiunilor intr-o imagine. Astfel de erori se pot datora design-ului, modului de fabricare. Este imposibila constructia unui microscop perfect. Mici aberatii sunt prezente la orice microscop si in general sunt cu atat mai putin vizibile cu cat pretul microscopului este mai mare. Nu trebuie sa va nelinistiti din cauza aberatiilor optice, decat daca sunt severe si deranjante.

Extremele, din acest punct de vedere, sunt microscoapele plan-optice care au o performanta incredibila si cele mai putine aberatii si microscoapele cu elemente optice din plastic, cu o performanta nemultumitoare si cu multe aberatii

Aberatia cromatica – incapacitatea de a aduce lumina de diferite lungimi de unda intr-un singur punct de focus. Se pot vedea halouri langa marginile campului vizual sau in jurul specimenului. Aberatiile cromatice sunt inerente lentilelor acromate, care sunt folosite standard la obiectivele microscoapelor. Obiectivele bine construite mentin aceste aberatii cromatice in limite acceptabile.

Distorsiunea – in general provocata cand puterea de marire variaza intre centrul campului vizual si margine. O linie dreapta va aparea curbata in zona apropiata de margini. Curbele pot fi orientate spre exterior (barrel distortion) sau spre interior (pincushion distortion)

Curbarea campului – este cauzata de razele de lumina care nu focuseaza in acelasi plan. Centrul campului poate fi clar iar imaginea pe margini sa nu fie focusata sau invers. 

Aberatii de sfericitate – apar atunci cand razele de lumina la distante diferite fata de centrul optic focuseaza in puncte diferite pe axa. Apar imagini neclare si nu veti putea focusa niciun obiect.