Номер 415, страница 59 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

20. Колебательное движение. Глава IV. Законы сохранения. Механика - номер 415, страница 59.

Условие.

415. Как привести в колебания маятник стенных часов, сообщив ему:

а) потенциальную энергию;

б) кинетическую энергию?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Решение

Колебания маятника представляют собой процесс периодического превращения энергии из одного вида в другой: потенциальной в кинетическую и обратно. В крайних точках траектории, где высота подъема максимальна, маятник на мгновение останавливается, и его энергия полностью является потенциальной ($E_п = mgh$). В нижней точке траектории (положении равновесия) высота минимальна (можно принять за ноль), а скорость максимальна, поэтому энергия маятника полностью кинетическая ($E_к = \frac{mv^2}{2}$). Чтобы привести маятник в колебание, нужно сообщить ему начальный запас механической энергии.

а) сообщив ему потенциальную энергию

Чтобы сообщить маятнику потенциальную энергию, необходимо совершить работу против силы тяжести, подняв его на некоторую высоту относительно положения равновесия. Практически это означает, что нужно отвести маятник в сторону от его вертикального положения и удержать. В этой крайней точке его скорость равна нулю, а потенциальная энергия максимальна. Если затем отпустить маятник без начального толчка, он начнет двигаться под действием силы тяжести, и его потенциальная энергия будет превращаться в кинетическую. Так начнутся колебания.

Ответ: Необходимо отклонить маятник от положения равновесия на некоторый угол и отпустить его.

б) сообщив ему кинетическую энергию

Чтобы сообщить маятнику кинетическую энергию, необходимо придать ему начальную скорость. Это можно сделать, когда маятник находится в своем самом нижнем положении — положении равновесия, где его потенциальная энергия минимальна. Короткий толчок или удар по маятнику в этом положении придаст ему скорость. За счет приобретенной кинетической энергии маятник начнет подниматься, превращая ее в потенциальную, и таким образом придет в колебательное движение.

Ответ: Необходимо толкнуть маятник в тот момент, когда он находится в положении равновесия.