Механические… — Задание 6 ЕГЭ по физике №00042970

Что тут происходит. Груз на длинной нити отвели в сторону и отпустили без толчка — получился маятник, который качается туда-сюда около положения равновесия. На рисунке видно, куда его отвели: груз висит левее нулевой отметки оси $x$, а ось направлена вправо. Значит, в момент $t=0$ координата груза отрицательная и по модулю самая большая — это крайняя левая точка. Нужно понять, какие величины рисуют графики А и Б.

Сначала выпишем, с чего начинает каждая величина из списка в момент $t=0$. Координата: груз в крайней левой точке, $x=-x_0$ — это минимум, ниже нуля. Скорость: груз отпустили без толчка, поэтому $v_x=0$. Ускорение: груз тянет назад к положению равновесия, то есть вправо, вдоль оси $x$, и в крайней точке это ускорение самое большое — значит, $a_x$ в начале максимально и положительно. Потенциальная энергия: груз поднят выше всего, она максимальна, но отрицательной не бывает никогда (её отсчитывают от положения равновесия, ниже которого груз не опускается).

График А. Он начинается с самого верхнего значения, уходит ниже нуля и к моменту $T$ возвращается наверх — один полный размах за период. Скорость не подходит: она начинается с нуля. Координата не подходит: она стартует снизу, с отрицательного значения. Потенциальная энергия не подходит: график А заходит ниже нуля. Остаётся проекция ускорения. Так и должно быть: при малых колебаниях ускорение пропорционально смещению и направлено против него: $$a_x=-\omega^2x$$ Координата начинает с минимума — значит, ускорение начинает с максимума. Под буквой А — цифра 3.

График Б. Он выходит из нуля, сначала поднимается вверх, потом уходит вниз и затем возвращается. Из нашего списка в момент $t=0$ равна нулю только проекция скорости. Проверим и знак: из левой крайней точки груз движется вправо, вдоль оси $x$, поэтому $v_x$ сначала положительна — график и правда сначала идёт вверх. Через четверть периода груз проходит положение равновесия с наибольшей скоростью, это вершина графика. Под буквой Б — цифра 1.

Проверим себя: координата должна была бы начинаться с нижней точки и быть похожей на «перевёрнутый» график А — такого графика среди А и Б нет, и это правильно. А потенциальная энергия дала бы два горбика над осью за период — тоже не наш случай.