1) Представьте маятник в самой правой точке и изобразите на рисунке силы, действующие на шарик в этой точке
2) Как изменится характер движения маятника а) при перемещении от положения равновесия до максимального значения координаты? б) при перемещении от максимального значения координаты к положению равновесия?
3) Как изменится период колебаний ведерка с водой, подвешенного на длинном шнуре: а) если вода будет постепенно вытекать из отверстия в его дне? б) если увеличить длину шнура? Какой закон или формулу вы использовали при ответе на эти вопросы?
Объяснение:
Маятник в самой правой точке траектории имеет максимальную потенциальную энергию и минимальную кинетическую энергию. Действующими силами на шарик в этой точке являются сила тяжести и реакция опоры.
На рисунке силы можно изобразить следующим образом:
1. Сила тяжести направлена вниз и указывает на центр Земли.
2. Реакция опоры направлена в направлении опоры и перпендикулярна поверхности опоры.
Суммарная сила в этой точке является векторной суммой силы тяжести и реакции опоры. В конкретной точке очертания маятника, суммарная сила будет равна нулю, так как шарик находится в положении равновесия.
В течение периода колебаний также меняется величина и направление суммарной силы. В самой правой точке траектории, суммарная сила равна нулю. По мере движения маятника влево, суммарная сила начинает увеличиваться, направляясь к центру колебаний. При достижении центрального положения, суммарная сила снова равна нулю. Затем, при движении маятника вправо, суммарная сила увеличивается, меняет направление и направляется от центра колебаний к крайней левой точке траектории.
Пример использования:
Задача: Представьте маятник в самой правой точке и изобразите на рисунке силы, действующие на шарик в этой точке траектории. Нарисуйте суммарную силу. Как изменяется величина и направление суммарной силы в течение периода?
Ответ: В самой правой точке траектории действуют сила тяжести, направленная вниз, и реакция опоры, перпендикулярная поверхности опоры. На рисунке можно изобразить стрелку, направленную вниз для силы тяжести и стрелку, перпендикулярную поверхности опоры для реакции опоры. Суммарная сила в этой точке равна нулю.
В течение периода колебаний, суммарная сила изменяется величиной и направлением. При движении маятника влево, суммарная сила увеличивается, направляясь к центру колебаний. При достижении центрального положения, суммарная сила снова равна нулю. Затем, при движении маятника вправо, суммарная сила увеличивается, меняет направление и направляется от центра колебаний к крайней левой точке траектории.
Совет:
Для лучшего понимания динамики маятника, рекомендуется изучить основы механики, а точнее законы Ньютона, закон сохранения энергии и закон Гука, которые помогут объяснить принципы движения и силы, действующие на маятник.
Задание:
Как изменится характер движения маятника а) при перемещении от положения равновесия до максимального значения координаты? б) при перемещении от максимального значения координаты к положению равновесия?