Номер 1, страница 181 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 22. Превращения энергии при колебаниях. Резонанс - номер 1, страница 181.

Условие.

Первый уровень

1. Груз, подвешенный на нити, отклонили от положения равновесия. Расскажите, как изменяется кинетическая и потенциальная энергия груза, когда он движется к положению равновесия.

Решение.

Решение

Движение груза, подвешенного на нити, является примером механических колебаний, в ходе которых происходит взаимное превращение потенциальной и кинетической энергии. Полная механическая энергия системы (при отсутствии сил трения и сопротивления воздуха) остается постоянной.

Потенциальная энергия ($E_p$) груза в поле тяготения Земли зависит от его высоты относительно некоторого нулевого уровня. Обычно за нулевой уровень принимают положение равновесия (самую нижнюю точку траектории). Потенциальная энергия вычисляется по формуле $E_p = mgh$, где $\text{m}$ – масса груза, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота.

Когда груз отклонен от положения равновесия, он поднят на некоторую максимальную высоту $h_{max}$. В этой точке его потенциальная энергия максимальна. По мере движения груза к положению равновесия его высота $\text{h}$ уменьшается, следовательно, потенциальная энергия груза уменьшается. В самом положении равновесия высота $h=0$, и потенциальная энергия достигает своего минимального (нулевого) значения.

Кинетическая энергия ($E_k$) — это энергия движения, которая зависит от массы и скорости тела: $E_k = \frac{mv^2}{2}$. В крайнем отклоненном положении, с которого начинается движение, груз на мгновение замирает, его скорость $\text{v}$ равна нулю. Соответственно, кинетическая энергия в этой точке также равна нулю. Когда груз начинает двигаться к положению равновесия, его скорость увеличивается под действием силы тяжести. Таким образом, кинетическая энергия груза увеличивается. В положении равновесия, где высота минимальна, скорость груза достигает своего максимального значения, а значит, и кинетическая энергия становится максимальной.

Происходит переход потенциальной энергии в кинетическую в соответствии с законом сохранения энергии: уменьшение потенциальной энергии равно увеличению кинетической.

Ответ:

Когда груз, отклоненный от положения равновесия, движется к нему, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия увеличивается. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.