Номер 1, страница 73 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-60. Превращение механической энергии одного вида в другой. Вариант 1 - номер 1, страница 73.

Условие.

1. Какие превращения энергии происходят при колебаниях стального шарика на нити между точками 1 и 3 (рис. 109)?

Рис. 109

Решение.

1. При колебаниях стального шарика на нити происходит непрерывное превращение энергии из одного вида в другой. В данной системе рассматриваются два вида механической энергии: кинетическая энергия, связанная с движением шарика ($E_k = \frac{mv^2}{2}$), и потенциальная энергия, связанная с его положением в поле тяготения Земли ($E_p = mgh$).

В крайних точках траектории, то есть в точках 1 и 3, шарик на мгновение останавливается, прежде чем начать движение в обратном направлении. В этих точках его скорость равна нулю, а значит, и кинетическая энергия равна нулю ($E_k=0$). Однако шарик находится на максимальной высоте относительно положения равновесия, поэтому его потенциальная энергия в этих точках максимальна ($E_{p_{max}}$). Вся механическая энергия системы сосредоточена в потенциальной энергии.

Когда шарик движется из крайнего положения (например, из точки 1) к положению равновесия (точка 2), его высота уменьшается, а скорость увеличивается. Это означает, что потенциальная энергия ($E_p$) превращается в кинетическую ($E_k$).

В момент прохождения положения равновесия (точка 2), шарик находится на самой низкой точке своей траектории (примем эту высоту за нулевую, $h=0$), поэтому его потенциальная энергия минимальна (равна нулю, $E_p=0$). В этот момент скорость шарика достигает своего максимального значения, следовательно, его кинетическая энергия также максимальна ($E_{k_{max}}$). Вся механическая энергия системы сосредоточена в кинетической энергии.

При дальнейшем движении от положения равновесия (точка 2) к другому крайнему положению (точка 3), высота шарика увеличивается, а скорость уменьшается. Происходит обратный процесс: кинетическая энергия ($E_k$) превращается в потенциальную ($E_p$). В точке 3 скорость снова становится равной нулю, и вся кинетическая энергия полностью переходит в потенциальную.

Этот цикл превращений энергии повторяется непрерывно во время колебаний. Если пренебречь силами трения и сопротивлением воздуха, то полная механическая энергия ($E = E_p + E_k$) системы остается постоянной.

Ответ: При колебаниях стального шарика происходит периодическое превращение потенциальной энергии в кинетическую (при движении от крайних точек 1 и 3 к положению равновесия 2) и обратное превращение кинетической энергии в потенциальную (при движении от положения равновесия 2 к крайним точкам 1 и 3).