Номер 1, страница 43 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. Самостоятельные работы. СР-32. Затухающие колебания. Вынужденные колебания. Вариант 1 - номер 1, страница 43.

Условие.

1. На что расходуется запас механической энергии при свободных колебаниях пружинного маятника (рис. 65)?

Рис. 65

Решение.

Решение

Полная механическая энергия пружинного маятника $\text{E}$ складывается из кинетической энергии груза $E_k = \frac{mv^2}{2}$ и потенциальной энергии упруго деформированной пружины $E_p = \frac{kx^2}{2}$.

В идеальной физической модели, где силы трения и сопротивления отсутствуют, полная механическая энергия сохраняется, и свободные колебания являются незатухающими, то есть продолжаются бесконечно с постоянной амплитудой.

Однако в реальных условиях любая колебательная система не является замкнутой. На пружинный маятник действуют диссипативные силы (силы сопротивления), которые совершают отрицательную работу. К таким силам относятся:

1. Сила сопротивления воздуха. При движении груза воздух оказывает сопротивление, что приводит к потере энергии.

2. Силы внутреннего трения в материале пружины. При многократных циклах растяжения и сжатия пружины происходит её нагрев из-за внутреннего трения, что также является каналом потери механической энергии.

3. Трение в точке подвеса. Незначительные потери энергии могут происходить и в месте крепления пружины.

Работа этих сил приводит к тому, что запас механической энергии системы постепенно уменьшается, переходя в соответствии с законом сохранения энергии во внутреннюю (тепловую) энергию. В результате нагревается сам маятник, пружина и окружающая среда. Визуально это проявляется в постепенном уменьшении амплитуды колебаний до полной их остановки. Такие колебания называются затухающими.

Ответ: Запас механической энергии при свободных колебаниях пружинного маятника расходуется на совершение работы против сил сопротивления, в основном против силы трения о воздух и сил внутреннего трения в пружине. В результате этого механическая энергия переходит во внутреннюю (тепловую) энергию, что вызывает затухание колебаний.