Номер 3, страница 79 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

3. Какие превращения энергии происходят при механических и электромагнитных колебаниях, если затухание мало?

В колебательных системах, где затухание мало, полная энергия системы остается почти постоянной в течение нескольких периодов колебаний. Основной процесс, происходящий в таких системах, — это периодическое преобразование одного вида энергии в другой.

При механических колебаниях:

Рассмотрим механические колебания на примере пружинного маятника (груз на пружине). В этой системе происходит периодическое взаимное превращение кинетической и потенциальной энергии.

• В крайних точках траектории, когда груз на мгновение останавливается, его смещение от положения равновесия максимально, а скорость равна нулю. В эти моменты вся механическая энергия системы представляет собой потенциальную энергию упруго деформированной пружины: $E = E_{p_{max}} = \frac{kx_{max}^2}{2}$, где $k$ — жесткость пружины, а $x_{max}$ — амплитуда колебаний. Кинетическая энергия $E_k$ в этих точках равна нулю.
• При движении груза к положению равновесия его скорость возрастает, а деформация пружины уменьшается. Потенциальная энергия пружины преобразуется в кинетическую энергию груза.
• В момент прохождения положения равновесия ($x=0$) скорость груза максимальна ($v=v_{max}$). В этот момент вся энергия системы является кинетической: $E = E_{k_{max}} = \frac{mv_{max}^2}{2}$, где $m$ — масса груза. Потенциальная энергия равна нулю.
• Затем процесс повторяется в обратном порядке: кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную до достижения другого крайнего положения.

Таким образом, происходит непрерывный переход $E_p \leftrightarrow E_k$. Если затухание мало (силы трения незначительны), то полная механическая энергия $E = E_p + E_k$ сохраняется почти неизменной, хотя небольшая ее часть все же рассеивается в виде тепла, вызывая медленное уменьшение амплитуды колебаний.

Ответ:
При механических колебаниях происходит периодическое превращение потенциальной энергии (например, упругой деформации пружины или гравитационной энергии маятника) в кинетическую энерги