Задание №12 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Рассмотрим движение математического маятника при переходе из точки Б в точку А. На рисунке точка Б является крайней точкой (точкой максимального отклонения), а точка А находится ближе к положению равновесия (самой низкой точке траектории).

1. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия тела в поле тяжести Земли определяется формулой $E_p = mgh$, где $m$ — масса маятника, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота относительно нулевого уровня (обычно за нулевой уровень принимают положение равновесия). При движении из точки Б в точку А маятник опускается ниже, то есть его высота $h$ уменьшается. Следовательно, потенциальная энергия маятника уменьшается (цифра 2).

2. Кинетическая энергия. Согласно закону сохранения механической энергии для незатухающих колебаний, полная механическая энергия системы $E_{полн} = E_k + E_p$ остается неизменной. Так как потенциальная энергия $E_p$ при переходе из Б в А уменьшается, то кинетическая энергия $E_k$ должна увеличиваться, чтобы их сумма оставалась постоянной. С физической точки зрения, при движении к положению равновесия маятник разгоняется под действием силы тяжести, его скорость $v$ растет, а значит, растет и кинетическая энергия $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Таким образом, кинетическая энергия увеличивается (цифра 1).

Вывод:
Кинетическая энергия: увеличивается (1).
Потенциальная энергия: уменьшается (2).

Ответ: 12

Источник: ФИПИ