Номер 1, страница 135 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Горизонтальный пружинный маятник, изображённый на рисунке 71, отвели в сторону и отпустили. Как меняются перечисленные в таблице величины при движении маятника на указанных участках его пути? Перечертите таблицу в тетрадь и заполните её.

Для анализа движения горизонтального пружинного маятника рассмотрим каждый участок его пути. Точка О — положение равновесия, точки А и В — крайние положения (амплитудные).

От В к О

На этом участке маятник движется из крайнего положения (точка В, максимальное смещение) в положение равновесия (точка О).

Сила упругости $F_{упр}$: Сила упругости определяется по закону Гука $F_{упр} = k|x|$, где $x$ — смещение от положения равновесия. При движении от В к О смещение $|x|$ уменьшается от максимального значения до нуля. Следовательно, сила упругости уменьшается.

Скорость $v$: В точке В скорость равна нулю. Под действием силы упругости, направленной к положению равновесия, маятник ускоряется. В точке О скорость достигает максимального значения. Следовательно, скорость увеличивается.

Потенциальная энергия $E_п$: Потенциальная энергия пружины равна $E_п = \frac{kx^2}{2}$. Так как смещение $x$ уменьшается, потенциальная энергия уменьшается.

Кинетическая энергия $E_к$: Кинетическая энергия тела равна $E_к = \frac{mv^2}{2}$. Так как скорость $v$ увеличивается, кинетическая энергия увеличивается. Происходит переход потенциальной энергии в кинетическую.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в реальных условиях (с трением): Сила трения совершает отрицательную работу, поэтому полная механическая энергия системы уменьшается.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в идеальных условиях (без трения): В отсутствие сил трения полная механическая энергия сохраняется, то есть не изменяется.

Ответ: Сила упругости уменьшается, скорость увеличивается, потенциальная энергия уменьшается, кинетическая энергия увеличивается, механическая энергия с трением уменьшается, механическая энергия без трения не изменяется.

От О к А

На этом участке маятник движется из положения равновесия (точка О) в другое крайнее положение (точка А).

Сила упругости $F_{упр}$: При движении от О к А смещение $|x|$ увеличивается от нуля до максимального значения. Следовательно, сила упругости увеличивается.

Скорость $v$: В точке О скорость максимальна. Сила упругости направлена против движения (к положению равновесия), поэтому маятник замедляется. В точке А скорость становится равной нулю. Следовательно, скорость уменьшается.

Потенциальная энергия $E_п$: Потенциальная энергия $E_п = \frac{kx^2}{2}$. Так как смещение $|x|$ увеличивается, потенциальная энергия увеличивается.

Кинетическая энергия $E_к$: Кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$. Так как скорость $v$ уменьшается, кинетическая энергия уменьшается. Происходит переход кинетической энергии в потенциальную.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в реальных условиях (с трением): Из-за работы силы трения полная механическая энергия уменьшается.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в идеальных условиях (без трения): Полная механическая энергия не изменяется.

Ответ: Сила упругости увеличивается, скорость уменьшается, потенциальная энергия увеличивается, кинетическая энергия уменьшается, механическая энергия с трением уменьшается, механическая энергия без трения не изменяется.

От А к О

На этом участке маятник движется из крайнего левого положения (точка А) обратно в положение равновесия (точка О).

Сила упругости $F_{упр}$: При движении от А к О смещение $|x|$ уменьшается от максимального значения до нуля. Следовательно, сила упругости уменьшается.

Скорость $v$: В точке А скорость равна нулю. Маятник ускоряется под действием силы упругости, направленной к положению равновесия, и достигает максимальной скорости в точке О. Следовательно, скорость увеличивается.

Потенциальная энергия $E_п$: Потенциальная энергия $E_п = \frac{kx^2}{2}$. Так как смещение $|x|$ уменьшается, потенциальная энергия уменьшается.

Кинетическая энергия $E_к$: Кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$. Так как скорость $v$ увеличивается, кинетическая энергия увеличивается.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в реальных условиях (с трением): Полная механическая энергия уменьшается из-за действия сил трения.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в идеальных условиях (без трения): Полная механическая энергия не изменяется.

Ответ: Сила упругости уменьшается, скорость увеличивается, потенциальная энергия уменьшается, кинетическая энергия увеличивается, механическая энергия с трением уменьшается, механическая энергия без трения не изменяется.

От О к В

На этом участке маятник движется из положения равновесия (точка О) обратно к крайнему правому положению (точка В).

Сила упругости $F_{упр}$: При движении от О к В смещение $|x|$ увеличивается от нуля до максимального значения. Сила упругости увеличивается.

Скорость $v$: В точке О скорость максимальна. Сила упругости направлена против движения, маятник замедляется и останавливается в точке В. Следовательно, скорость уменьшается.

Потенциальная энергия $E_п$: Потенциальная энергия $E_п = \frac{kx^2}{2}$. Так как смещение $|x|$ увеличивается, потенциальная энергия увеличивается.

Кинетическая энергия $E_к$: Кинетическая энергия $E_к = \frac{mv^2}{2}$. Так как скорость $v$ уменьшается, кинетическая энергия уменьшается.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в реальных условиях (с трением): Полная механическая энергия уменьшается.

Механическая энергия $E_п + E_к$ в идеальных условиях (без трения): Полная механическая энергия не изменяется.

Ответ: Сила упругости увеличивается, скорость уменьшается, потенциальная энергия увеличивается, кинетическая энергия уменьшается, механическая энергия с трением уменьшается, механическая энергия без трения не изменяется.