ID: 00025456
Груз, привязанный к нити, отклонили от положения равновесия и в момент t = 0 отпустили из состояния покоя (см. рисунок). На графиках А и Б показано изменение физических величин, характеризующих гармонические колебания груза после этого. T – период колебаний груза. Потенциальная энергия груза отсчитывается от его положения равновесия.
Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимость которых от времени эти графики могут представлять.
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) координата х
2) проекция скорости u х
3) кинетическая энергия Е к
4) потенциальная энергия Е п А Б 1 2 3 4 1 2 3 4
Источник: ФИПИ
Груз на нити отклонили от положения равновесия и отпустили без начальной скорости в момент $t=0$ — свободные гармонические колебания без сопротивления, период T. Потенциальную энергию отсчитываем от положения равновесия.
В момент $t=0$ груз находится в крайней точке: скорость равна нулю, значит кинетическая энергия тоже равна нулю. Пока груз движется 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).
Проекция скорости $\upsilon_x(t)$ в момент $t=0$ равна нулю (груз отпустили из состояния покоя), затем меняется по синусоиде: один полный период колебаний туда и обратно, с переходом через ноль и симметричными положительной и отрицательной частями. Это в точности график Б (пункт 2).
Координата х стартует с максимума по модулю (крайнее положение) и может быть отрицательной, а потенциальная энергия, наоборот, максимальна именно в момент $t=0$ — ни то, ни другое не совпадает с графиком, начинающимся из нуля.
Итог: график А — кинетическая энергия (3), график Б — проекция скорости (2).