Номер 5, страница 142 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

5*. Какие превращения энергии происходят при колебаниях пружинного маятника и шарика, подвешенного на нити?

При колебаниях пружинного маятника

При колебаниях пружинного маятника (груза на пружине) происходит непрерывное превращение двух видов механической энергии: кинетической энергии груза и потенциальной энергии упруго деформированной пружины.

1. В крайних положениях, когда смещение груза от положения равновесия максимально (амплитуда $x=A$), груз на мгновение останавливается. Его скорость равна нулю, следовательно, кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$ также равна нулю. В этот момент пружина максимально сжата или растянута, и её потенциальная энергия $E_п = \frac{kx^2}{2}$ достигает максимального значения. Вся механическая энергия системы сосредоточена в потенциальной энергии пружины.

2. При движении груза из крайнего положения к положению равновесия, его скорость увеличивается, а деформация пружины уменьшается. Это означает, что потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию груза.

3. В момент прохождения положения равновесия ($x=0$), деформация пружины равна нулю, и её потенциальная энергия $E_п$ также равна нулю. Скорость груза в этот момент максимальна, а значит, и кинетическая энергия $E_к$ достигает своего максимального значения. Вся механическая энергия системы переходит в кинетическую.

4. При дальнейшем движении от положения равновесия к другому крайнему положению скорость груза уменьшается, а деформация пружины снова растет. Происходит обратное превращение: кинетическая энергия груза переходит в потенциальную энергию пружины.

Таким образом, в течение всего периода колебаний происходит периодическое превращение потенциальной энергии в кинетическую и обратно. В идеальной системе (без трения и сопротивления воздуха) полная механическая энергия $E = E_к + E_п$ остается постоянной.

Ответ: При колебаниях пружинного маятника происходит периодическое превращение потенциальной энергии упруго деформированной пружины в кинетическую энергию движущегося груза и обратно.

При колебаниях шарика, подвешенного на нити

При колебаниях шарика, подвешенного на нити (математического маятника), происходит непрерывное превращение двух видов механической энергии: кинетической энергии шарика и его потенциальной энергии в поле тяготения Земли.

1. В крайних точках траектории, где шарик достигает максимальной высоты подъема, он на мгновение останавливается. Его скорость, а значит и кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$, равны нулю. Потенциальная энергия, которая зависит от высоты над самым нижним положением ($E_п = mgh$), в этих точках максимальна. Вся механическая энергия маятника является потенциальной.

2. При движении шарика из крайнего положения к положению равновесия (самой низкой точке), его высота уменьшается, а скорость растет. Потенциальная энергия шарика превращается в его кинетическую энергию.

3. В момент прохождения положения равновесия шарик находится на наименьшей высоте (условно принимаемой за нулевой уровень, $h=0$), поэтому его потенциальная энергия $E_п$ равна нулю. Скорость шарика в этой точке максимальна, следовательно, его кинетическая энергия $E_к$ также максимальна. Вся механическая энергия системы переходит в кинетическую.

4. При дальнейшем движении от положения равновесия к другому крайнему положению шарик снова поднимается, его скорость уменьшается. Происходит обратное превращение: кинетическая энергия шарика переходит в его потенциальную энергию.

Таким образом, в процессе колебаний происходит непрерывное взаимное превращение потенциальной и кинетической энергий. В идеальной системе (без трения и сопротивления воздуха) полная механическая энергия $E = E_к + E_п$ сохраняется.

Ответ: При колебаниях шарика, подвешенного на нити, происходит периодическое превращение его потенциальной энергии (энергии в поле тяготения) в кинетическую энергию (энергию движения) и обратно.