Тип 0 № 2473 
Классификатор: Оптика. Оптические системы: две линзы, линза и зеркало, линза и жидкость, линза и глаз человека
i
Две одинаковые тонкие собирающие линзы Л1 и Л2 с фокусным расстоянием F соединены пружиной жесткости k. Система подвешена за линзу Л1, при этом плоскость линзы горизонтальна (см. рис.). Над линзой Л1 на ее оптической оси на расстоянии d = 2F закреплен точечный источник света S. Если линзу Л2 удерживать так, чтобы пружина была не напряжена, то из системы линз будет выходить параллельный пучок света. Если линзу Л2 отпустить, то после установления равновесия действительное изображение сформируется на расстоянии L = 9F от источника. Найдите массу линзы Л2. Плоскости линз всегда параллельны, их оптические оси совпадают. Ускорение свободного падения g.
Решение. Рассмотрим случай, когда линзу Л2 удерживают. Единственная конфигурация, обеспечивающая параллельный пучок на выходе из системы линз — когда первая линза формирует действительное изображение, попадающее в фокус второй линзы. По формуле тонкой линзы

где

— расстояние от
Л1 до источника, находим расстояние от
Л1 до изображения
S1:

Поскольку оно попадает в фокус второй линзы, расстояние между линзами (т. е. длина ненапряженной пружинки) равно

Рассмотрим теперь случай, когда линза Л2 висит на пружинке, растягивая ее своим весом
до длины x. Массу линзы можно найти из закона Гука:
если известно изменение длины пружины
Найдем его. Опять применим формулу тонкой линзы

где

— расстояние от
Л2 до первого изображения
S1, которое теперь играет роль источника,

— расстояние от
Л2 до второго изображения
S2 (см. Рис. 4). Отсюда находим

По условию
отсюда получаем уравнение на y:


Домножая левую и правую части уравнения на y и приводя подобные, получаем:

откуда

Таким образом, два разных положения второй линзы Л2 приводят к одному и тому же положению изображения S2. Соответственно, возможны две разные массы линзы Л2:

Ответ: 
Ответ: 
Классификатор: Оптика. Оптические системы: две линзы, линза и зеркало, линза и жидкость, линза и глаз человека