Превращение энергии при гармонических колебаниях

Подробности

Обновлено 21.07.2018 11:45

«Физика - 11 класс»

Энергия колеблющегося тела при отсутствии сил трения сохраняется неизменной.
Если на тела системы действуют силы сопротивления, то колебания являются затухающими.

Превращения энергии в колебательных системах без трения

При смещении горизонталного ммаятника вправо на расстояние х_m колебательной системе сообщается потенциальная энергия:

При движении маятника влево деформация пружины становится меньше, и потенциальная энергия системы уменьшается.
Но при этом увеличивается скорость, и возрастает кинетическая энергия.
В момент прохождения маятником положения равновесия потенциальная энергия колебательной системы становится равной нулю (W_п = 0 при х = 0), а кинетическая энергия максимальна.

После прохождения положения равновесия скорость начинает уменьшаться, уменьшается и кинетическая энергия.
Потенциальная же энергия системы снова увеличивается.
В крайней левой точке она достигает максимума, а кинетическая энергия становится равной нулю.
При колебаниях периодически происходит переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно.
Аналогичные превращения механической энергии происходят и в математическом маятнике.

Полная механическая энергия при колебаниях тела, прикрепленного к пружине, равна сумме кинетической и потенциальной энергий колебательной системы:

Кинетическая и потенциальная энергии периодически изменяются.

Полная механическая энергия изолированной системы, в которой отсутствуют силы сопротивления, сохраняется (согласно закону сохранения механической энергии) неизменной.
Она равна либо потенциальной энергии в момент максимального отклонения от положения равновесия, либо же кинетической энергии в момент, когда тело проходит положение равновесия:

Затухающие колебания.

Свободные колебания маятника являются гармоническими, когда нет трения, но силы сопротивления окружающей среды всегда действуют на маятник.

Силы сопротивления совершают отрицательную работу и уменьшают механическую энергию системы.
С течением времени после того как запас механической энергии окажется исчерпанным, колебания прекращаются.
Колебания при наличии сил сопротивления являются затухающими.

Источник: «Физика - 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Механические колебания. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Свободные, затухающие и вынужденные колебания --- Условия возникновения свободных колебаний. Математический маятник --- Динамика колебательного движения. Уравнение движения маятника --- Гармонические колебания --- Фаза колебаний --- Превращение энергии при гармонических колебаниях --- Вынужденные колебания. Резонанс --- Примеры решения задач --- Краткие итоги главы