Question

Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как изменяются кинетическая энергия груза и его потенциальная энергия в поле тяжести, когда груз движется вниз от положения равновесия? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится. Запишите в ответ выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

| Кинетическая энергия груза | Потенциальная энергия груза в поле тяжести |
| --- | --- |
| | |

Accepted Answer

22

Answer

Идея решения: применить закон сохранения энергии и проанализировать превращение энергий при движении груза вниз от положения равновесия.

При движении груза вниз от положения равновесия полная механическая энергия системы сохраняется:

$$E_{	ext{полн}} = E_к + E_п^{	ext{пруж}} + E_п^{	ext{гравит}} = 	ext{const}$$

где $E_к$ — кинетическая энергия, $E_п^{	ext{пруж}}$ — потенциальная энергия пружины, $E_п^{	ext{гравит}}$ — потенциальная энергия в поле тяжести.

**Кинетическая энергия груза.** При движении вниз от положения равновесия груз ускоряется (результирующая сила направлена вниз, так как пружина ещё растянута, но её сила упругости меньше силы тяжести). Скорость растёт, следовательно, кинетическая энергия **увеличивается** (ответ: 1).

**Потенциальная энергия в поле тяжести.** При движении груза вниз его высота над некоторым уровнем отсчёта уменьшается. Потенциальная энергия в поле тяжести $E_п^{	ext{гравит}} = mgh$ (где $h$ — высота) **уменьшается** (ответ: 2).

Проверка через энергию: энергия, высвобождаемая при уменьшении гравитационной потенциальной энергии, частично идёт на увеличение кинетической энергии, а частично — на увеличение потенциальной энергии пружины (так как пружина растягивается дальше). Это согласуется с полученными результатами.

Задание №6Динамика и законы сохраненияЕГЭ по физике