Номер 2, страница 193 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 10. Механические колебания и волны. Параграф 42. Превращение энергии при колебаниях - номер 2, страница 193.

Условие.

2. В каких точках траектории груз маятника обладает только кинетической энергией?

Решение.

2. Полная механическая энергия колеблющегося маятника (при отсутствии сил трения и сопротивления воздуха) остается постоянной и состоит из кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая энергия $E_к$ — это энергия движения, она зависит от скорости тела $\text{v}$ и его массы $\text{m}$: $E_к = \frac{mv^2}{2}$.

Потенциальная энергия $E_п$ — это энергия положения, для маятника в поле тяжести Земли она зависит от высоты $\text{h}$ подъема груза над самым нижним положением и его массы $\text{m}$: $E_п = mgh$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Вопрос заключается в том, в какой точке траектории маятник обладает только кинетической энергией. Это означает, что в этой точке потенциальная энергия должна быть равна нулю, то есть $E_п = 0$.

Из формулы $E_п = mgh$ следует, что потенциальная энергия равна нулю, когда высота $\text{h}$ равна нулю. Для маятника это условие выполняется в самой нижней точке его траектории — в положении равновесия.

Именно при прохождении положения равновесия скорость маятника максимальна, а значит, и кинетическая энергия достигает своего максимального значения. В крайних точках траектории, наоборот, скорость маятника на мгновение становится равной нулю ($E_к = 0$), а высота — максимальной, поэтому в этих точках маятник обладает только потенциальной энергией.

Ответ: Груз маятника обладает только кинетической энергией в нижней точке траектории, то есть в положении равновесия.