Номер 2, страница 131 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 31. Превращения энергии при колебаниях. Вопросы - номер 2, страница 131.

Условие.

2. Какие превращения энергии происходят при незатухающих колебаниях маятника?

Решение.

2. Какие превращения энергии происходят при незатухающих колебаниях маятника?

Незатухающие колебания являются идеализированной физической моделью, в которой пренебрегают всеми силами сопротивления. В такой системе полная механическая энергия маятника остается постоянной (сохраняется), но происходит ее непрерывное превращение из одного вида в другой.

• В крайних точках траектории, где маятник достигает максимальной высоты $h_{max}$ над положением равновесия, он на мгновение останавливается. В этих точках его скорость равна нулю, поэтому кинетическая энергия ($E_k = \frac{mv^2}{2}$) равна нулю. Вся механическая энергия маятника представлена в виде потенциальной энергии ($E_p = mgh$), которая в этот момент максимальна.

• По мере движения маятника из крайнего положения к положению равновесия (нижней точке траектории) его высота уменьшается, а скорость увеличивается. Происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую.

• В момент прохождения положения равновесия высота маятника минимальна (принимается за нулевой уровень, $h=0$), поэтому его потенциальная энергия равна нулю. Скорость маятника в этой точке максимальна ($v_{max}$), следовательно, его кинетическая энергия также достигает максимального значения. Вся механическая энергия переходит в кинетическую.

• При дальнейшем движении от положения равновесия к противоположной крайней точке высота маятника снова увеличивается, а скорость падает. Происходит обратное превращение кинетической энергии в потенциальную.

Таким образом, в процессе незатухающих колебаний постоянно происходят взаимные превращения потенциальной и кинетической энергии, в то время как их сумма — полная механическая энергия $E = E_k + E_p$ — остается неизменной.

Ответ: При незатухающих колебаниях маятника происходит непрерывное превращение его потенциальной энергии в кинетическую (при движении к положению равновесия) и обратно кинетической энергии в потенциальную (при движении от положения равновесия к крайним точкам).