Номер 1079, страница 205 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Решение

Для экспериментального подтверждения явления превращения механической энергии проведем эксперимент с использованием предоставленного оборудования. Мы можем продемонстрировать превращение потенциальной энергии в кинетическую и обратно на примере простого маятника.

1. Сборка экспериментальной установки

Возьмем груз и нить ($l = 50$ см). Привяжем груз к одному концу нити, а другой конец закрепим неподвижно (например, в штативе или удерживая в руке) так, чтобы груз мог свободно качаться. Таким образом, мы получаем маятник. Положение равновесия маятника (самая нижняя точка его траектории) примем за нулевой уровень высоты. Мерную ленту можно использовать для приблизительного измерения высоты, на которую поднимается груз.

2. Проведение эксперимента и наблюдения

Отклоним груз маятника от положения равновесия, подняв его на некоторую высоту $h$. В этой верхней точке груз на мгновение останавливается, его скорость равна нулю. Следовательно, его кинетическая энергия $E_к$ в этот момент равна нулю: $E_к = \frac{mv^2}{2} = 0$. Однако, будучи поднят на высоту $h$ относительно нулевого уровня, груз обладает максимальной потенциальной энергией $E_п = mgh$. Полная механическая энергия системы в этот момент равна его потенциальной энергии.

Отпустим груз. Он начнет двигаться вниз, к положению равновесия. Мы наблюдаем, что по мере движения его высота $h$ уменьшается, а скорость $v$ возрастает. Это указывает на то, что потенциальная энергия груза превращается в его кинетическую энергию.

В момент прохождения положения равновесия, где высота $h=0$, потенциальная энергия груза становится равной нулю. В этот момент мы наблюдаем, что скорость груза максимальна, а значит, максимальна и его кинетическая энергия $E_к = \frac{mv_{max}^2}{2}$. Таким образом, в этой точке произошел полный переход потенциальной энергии в кинетическую.

Продолжая движение по инерции, груз начинает подниматься по другую сторону от положения равновесия. Мы видим, что его скорость уменьшается, а высота увеличивается. Происходит обратный процесс: кинетическая энергия превращается в потенциальную.

Достигнув крайней верхней точки с другой стороны, груз снова на мгновение останавливается. Его кинетическая энергия становится равной нулю, а потенциальная энергия — снова максимальной. Весь цикл повторяется.

3. Вывод

Наблюдаемые колебания маятника наглядно демонстрируют непрерывный процесс взаимного превращения двух видов механической энергии: потенциальной и кинетической. Это экспериментально подтверждает явление превращения механической энергии.

(Аналогичный эксперимент можно провести, подвесив груз на резиновом жгуте. При его вертикальных колебаниях будет происходить превращение между гравитационной потенциальной энергией, потенциальной энергией упругой деформации жгута и кинетической энергией груза.)

Ответ: Явление превращения механической энергии можно экспериментально подтвердить, наблюдая за колебаниями маятника, состоящего из груза и нити. При движении маятника его потенциальная энергия (максимальная в крайних верхних точках, где скорость равна нулю) непрерывно превращается в кинетическую энергию (максимальную в нижней точке траектории, где скорость наибольшая) и обратно. Этот циклический процесс и является наблюдаемым явлением превращения механической энергии.