Номер 1, страница 44 - 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 2 - номер 1, страница 44.

Условие.

1. Опишите изменения, происходящие с потенциальной и кинетической энергией пружинного маятника, совершающего колебания при его приближении к положению равновесия (точке O) (рис. 67).

Рис. 67

Решение.

1. Когда пружинный маятник движется из своего крайнего положения (самой высокой или самой низкой точки) к положению равновесия (точка О), его скорость увеличивается. В крайних точках скорость равна нулю, а при прохождении положения равновесия она достигает своего максимального значения.

Кинетическая энергия маятника вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ — масса груза, а $\text{v}$ — его скорость. Так как при приближении к положению равновесия скорость $\text{v}$ возрастает, то и кинетическая энергия $E_k$ увеличивается, достигая максимума в точке О.

В колебательной системе без трения полная механическая энергия, которая является суммой кинетической и потенциальной энергий, остается постоянной (закон сохранения энергии): $E = E_k + E_p = \text{const}$. Потенциальная энергия пружинного маятника складывается из потенциальной энергии упругой деформации пружины и гравитационной потенциальной энергии. В крайних точках, где скорость и, следовательно, кинетическая энергия равны нулю, потенциальная энергия системы максимальна.

Поскольку полная энергия сохраняется, а кинетическая энергия при движении к положению равновесия растет, то потенциальная энергия $E_p$ должна уменьшаться. Своего минимального значения потенциальная энергия достигает в точке равновесия О. Таким образом, при приближении маятника к положению равновесия происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую.

Ответ: При приближении пружинного маятника к положению равновесия его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия увеличивается.