Номер 21, страница 60 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

V. Законы сохранения в механике. Выполняем тест - номер 21, страница 60.

Условие.

21. При движении маятника из точки $\text{B}$ в точку $\text{A}$:

1) кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию

2) потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию

3) никаких превращений энергии не происходит

4) кинетическая энергия не изменяется, потенциальная энергия возрастает

Решение.

Решение

Полная механическая энергия маятника $\text{E}$ представляет собой сумму его кинетической энергии $E_к$ и потенциальной энергии $E_п$. В идеальной системе, где силами трения и сопротивления воздуха можно пренебречь, полная механическая энергия сохраняется: $E = E_к + E_п = \text{const}$.

Кинетическая энергия тела связана с его скоростью $\text{v}$ и массой $\text{m}$: $E_к = \frac{mv^2}{2}$.

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли зависит от его высоты $\text{h}$ над условным нулевым уровнем: $E_п = mgh$, где $\text{g}$ - ускорение свободного падения.

В точке B, являющейся положением равновесия (самая низкая точка траектории), маятник обладает максимальной скоростью, а его высота минимальна. Если принять уровень точки B за нулевой ($h=0$), то в этой точке потенциальная энергия равна нулю ($E_п = 0$), а кинетическая энергия максимальна ($E_к = \text{max}$).

В точке A, являющейся точкой максимального отклонения, маятник на мгновение останавливается, поэтому его скорость равна нулю ($v=0$). Высота в этой точке максимальна. Следовательно, в точке А кинетическая энергия равна нулю ($E_к = 0$), а потенциальная энергия максимальна ($E_п = \text{max}$).

При движении маятника из точки B в точку A его скорость уменьшается, а высота увеличивается. Это означает, что его кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная энергия возрастает. Происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную.

Рассмотрим предложенные варианты:

① кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию
Это утверждение верно. При движении маятника вверх из положения равновесия в точку максимального отклонения его скорость уменьшается, а высота увеличивается. Следовательно, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.

② потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию
Это утверждение неверно. Этот процесс описывает движение маятника в обратном направлении: из точки A в точку B.

③ никаких превращений энергии не происходит
Это утверждение неверно. Колебания маятника являются наглядным примером непрерывного взаимного превращения кинетической и потенциальной энергий.

④ кинетическая энергия не изменяется, потенциальная энергия возрастает
Это утверждение неверно, так как оно противоречит закону сохранения механической энергии. Если бы потенциальная энергия возрастала при неизменной кинетической, то полная энергия системы увеличивалась бы, что невозможно без действия внешних сил.

Ответ: 1.