ID: 00025443
Маятник отклонили от положения равновесия (см. рисунок) и отпустили в момент времени $t=0$ с нулевой начальной скоростью. Графики А и Б отображают изменение с течением времени физических величин, характеризующих движение груза маятника после этого.
Установите соответствие между графиками и физическими величинами, изменение которых со временем эти графики могут отображать. ( Т – период колебаний маятника.) Сопротивлением воздуха пренебречь.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ А) Б)
1) потенциальная энергия $E_{\text{п}}$
2) полная механическая энергия $E_{\text{мех}}$
3) кинетическая энергия $E_{\text{к}}$
4) координата х А Б 1 2 3 4 1 2 3 4
Источник: ФИПИ
Маятник отклонили от положения равновесия и отпустили без начальной скорости в момент $t=0$ — это свободные колебания без сопротивления воздуха, с периодом T.
В момент $t=0$ груз находится в крайней точке: скорость равна нулю, значит кинетическая энергия тоже равна нулю. По мере движения к положению равновесия скорость растёт, кинетическая энергия увеличивается, достигает максимума в положении равновесия, затем снова падает до нуля в противоположной крайней точке — и так дважды за период T. Это график с двумя «горбами», начинающийся из нуля, — график А (пункт 3).
Сопротивления воздуха нет, поэтому полная механическая энергия маятника сохраняется всё время движения — её график постоянная положительная горизонтальная линия. Это график Б (пункт 2).
Потенциальная энергия, в отличие от кинетической, максимальна как раз в момент $t=0$ (в крайней точке) и должна бы начинаться с максимума, а не с нуля — её график не совпадает с А. Координата х также стартует с максимума по модулю (крайнее положение) и может быть отрицательной — её график тоже не подходит ни к А, ни к Б.
Итог: график А — кинетическая энергия (3), график Б — полная механическая энергия (2).