Ответьте на вопросы, страница 143 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему колеблющееся тело не останавливается, вернувшись в положение равновесия?

Колеблющееся тело не останавливается в положении равновесия из-за совокупности двух ключевых физических принципов: инерции и закона сохранения энергии.

Давайте рассмотрим процесс колебаний по этапам:

1. В крайней точке, на максимальном удалении от положения равновесия (амплитудное значение), тело на мгновение останавливается. В этот момент его скорость равна нулю, а вся энергия системы представляет собой потенциальную энергию ($E_п$). Например, для пружинного маятника это энергия упругой деформации пружины $E_п = \frac{kx^2}{2}$, где $x$ — максимальное смещение.

2. Под действием возвращающей силы (например, силы упругости пружины или составляющей силы тяжести у маятника), которая всегда направлена к положению равновесия, тело начинает ускоряться. При этом его потенциальная энергия ($E_п$) начинает превращаться в кинетическую энергию ($E_к = \frac{mv^2}{2}$).

3. В момент прохождения положения равновесия смещение тела равно нулю ($x=0$). Это означает, что возвращающая сила в этой точке также равна нулю ($F = -kx = 0$). Однако за время движения от крайней точки до центра тело набрало максимальную скорость. Вся потенциальная энергия, которая была накоплена в крайней точке, полностью перешла в кинетическую энергию. Таким образом, в положении равновесия кинетическая энергия тела максимальна.

4. Согласно первому закону Ньютона (закону инерции), тело стремится сохранить свою скорость неизменной, если на него не действуют силы. Хотя в самой точке равновесия сила равна нулю, тело обладает максимальной скоростью и, следовательно, импульсом. Именно инерция заставляет тело продолжать движение и "проскакивать" положение равновесия.

5. Как только тело проходит положение равновесия, на него снова начинает действовать возвращающая сила, но теперь она направлена в противоположную сторону движения. Эта сила тормозит тело, его кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную, пока тело не достигнет другой крайней точки, где остановится и начнет движение в обратную сторону.

Таким образом, в положении равновесия тело имеет максимальный запас кинетической энергии и движется по инерции, что не позволяет ему остановиться, несмотря на нулевое значение возвращающей силы в этой точке.

Ответ: Колеблющееся тело не останавливается в положении равновесия, потому что в этой точке его скорость максимальна. Из-за инерции тело продолжает двигаться, "проскакивая" эту точку. Это происходит потому, что в процессе движения к положению равновесия потенциальная энергия системы преобразуется в кинетическую энергию движения, которая достигает своего максимума именно в положении равновесия.