ID: 00001643
Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведут себя потенциальная энергия пружины и кинетическая энергия груза, когда груз движется вверх от положения равновесия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: Основная волна ЕГЭ 2026 (Дальний Восток)
Груз на пружине свободно колеблется около положения равновесия. Разберём по очереди, что происходит с каждой энергией, когда груз движется вверх от положения равновесия.
Потенциальная энергия пружины зависит только от того, насколько пружина деформирована (растянута):
$$E_p=\dfrac{k x^2}{2},$$
где $x$ — растяжение пружины. В положении равновесия пружина уже растянута — она удерживает груз. Когда груз идёт вверх, пружина возвращается к нерастянутому состоянию, то есть растяжение $x$ становится меньше. Раз $x$ уменьшается, то и потенциальная энергия пружины уменьшается.
Кинетическая энергия груза зависит от его скорости:
$$E_k=\dfrac{m v^2}{2}.$$
При колебаниях скорость максимальна именно в положении равновесия, а по мере удаления от него груз тормозит. Значит, двигаясь вверх от равновесия, груз замедляется, его скорость $v$ уменьшается — и кинетическая энергия тоже уменьшается.
Получаем: потенциальная энергия пружины — уменьшается, кинетическая энергия груза — уменьшается.