Номер 1, страница 156 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

1. Опишите превращение энергии при качании подвешенного на нити шарика (рис. 248).

При колебаниях подвешенного на нити шарика, который представляет собой физический маятник, происходит непрерывное взаимное превращение двух видов механической энергии: потенциальной и кинетической. Рассмотрим этот процесс подробно, опираясь на рисунок.

В крайних точках траектории, на максимальной высоте ($h_1$ и $h_3$ на рисунке), шарик на мгновение замирает. В эти моменты его скорость равна нулю, следовательно, кинетическая энергия, определяемая формулой $E_k = \frac{1}{2}mv^2$, также равна нулю. При этом шарик поднят на максимальную высоту относительно положения равновесия, поэтому его потенциальная энергия, определяемая формулой $E_p = mgh$, является максимальной. Вся механическая энергия маятника в этих точках является потенциальной.

По мере движения шарика из крайнего положения к нижнему положению равновесия (высота $h_2$), его высота $h$ уменьшается, а скорость $v$ увеличивается. Уменьшение высоты приводит к уменьшению потенциальной энергии $E_p$, а увеличение скорости — к росту кинетической энергии $E_k$. Таким образом, происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую.

В момент прохождения положения равновесия (самая нижняя точка траектории, высота $h_2$), высота шарика минимальна, а скорость — максимальна. Соответственно, потенциальная энергия в этой точке минимальна (ее можно принять за ноль, если выбрать этот уровень в качестве начала отсчета высоты), а кинетическая энергия достигает своего максимального значения. В этот момент практически вся механическая энергия маятника является кинетической.

При дальнейшем движении от положения равновесия к другому крайнему положению (например, от $h_2$ к $h_3$) высота шарика $h$ снова начинает увеличиваться, а скорость $v$ — уменьшаться. Это приводит к превращению кинетической энергии обратно в потенциальную, пока в крайней точке $h_3$ вся кинетическая энергия снова не перейдет в потенциальную.

В идеализированной модели, где нет трения в точке подвеса и сопротивления воздуха, полная механическая энергия маятника, равная сумме кинетической и потенциальной энергий ($E = E_k + E_p$), остается постоянной на протяжении всего движения. Этот процесс взаимного превращения энергии является основой колебательного движения маятника.

Ответ: При качании шарика его потенциальная энергия превращается в кинетическую при движении к положению равновесия, а кинетическая энергия превращается в потенциальную при движении от положения равновесия к крайним точкам. В крайних точках траектории (наибольшая высота) потенциальная энергия максимальна, а кинетическая равна нулю. В положении равновесия (наименьшая высота) кинетическая энергия максимальна, а потенциальная минимальна.