Груз массой 200 г на пружине с жесткостью 100 Н/м совершает
колебания, график которых представлен на рисунке 5. 20. Почему
при этом уменьшается амплитуда
колебаний? Чему равна механическая сила?​ ​

Уважаемый ученик,

Амплитуда колебаний представляет собой максимальное отклонение объекта от положения равновесия в процессе колебаний. В данном случае, амплитуда колебаний уменьшается по следующим причинам:

1. Постепенное затухание колебаний: В данной задаче пружина имеет жесткость 100 Н/м, что означает, что сила, восстанавливающая пружину в положение равновесия, равна 100 Н/м * смещение. При колебаниях пружины возникают силы трения, которые постепенно обуздывают движение и приводят к затуханию колебаний, что приводит к уменьшению амплитуды. Таким образом, по мере уменьшения амплитуды, сила трения также уменьшается.

2. Потеря энергии: По закону сохранения энергии, полная механическая энергия системы остается постоянной во время колебаний. Начальная полная механическая энергия системы равна сумме потенциальной и кинетической энергий. С течением времени происходит преобразование части энергии в тепловую энергию из-за воздействия сил трения. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний.

Теперь давайте рассчитаем механическую силу в данной системе. Мы знаем, что жесткость пружины равна 100 Н/м, а масса груза равна 200 г (0,2 кг). Механическая сила F, действующая на груз, можно выразить с помощью закона Гука:

F = -k * x,

где k - жесткость пружины, x - смещение груза от положения равновесия.

В данном случае, смещение груза от положения равновесия можно определить, измеряя расстояние от максимального до минимального отклонения графика на рисунке 5.20. Поскольку график представляет собой гармонические колебания, смещение будет половиной амплитуды колебаний.

Согласно графику на рисунке 5.20, амплитуда колебаний составляет 4 см. Следовательно, смещение груза от положения равновесия равно 2 см.

Теперь мы можем рассчитать механическую силу:

F = -k * x = -100 Н/м * 0,02 м = -2 Н.

Таким образом, механическая сила, действующая на груз в данной системе, составляет 2 Н (векторное направление указывает на то, что она направлена в противоположную сторону от положения равновесия).