Превращения энергии при колебаниях

При колебаниях скорость тела и его положение периодически изменяются. Значит, изменяются кинетическая и потенциальная энергии груза.

Рассмотрим эти изменения на примере нитяного маятника.

Отклоним груз на нити в сторону и отпустим. В начальный момент скорость груза, а следовательно, и его кинетическая энергия равны нулю. Потенциальная же энергия в начальном положении максимальна, потому что груз находится на максимальной высоте (при данной амплитуде колебаний).

Когда груз движется к положению равновесия, его скорость увеличивается, а тем самым увеличивается и его кинетическая энергия. Потенциальная же энергия груза уменьшается, потому что уменьшается высота, на которой он находится.

Когда груз проходит положение равновесия, скорость груза и, следовательно, его кинетическая энергия максимальны, а высота груза и, следовательно, его потенциальная энергия — минимальны.

Если можно пренебречь трением, механическая энергия, то есть сумма потенциальной и кинетической энергии, сохраняется. Таким образом, при колебаниях происходят периодические превращения потенциальной энергии в кинетическую и обратно.

Именно «избыток» энергии (по сравнению с ее значением в положении равновесия, когда тело покоится) и «заставляет» тело совершать колебания вновь и вновь. Вследствие закона сохранения энергии тело просто не может остановиться в положении равновесия!

При отсутствии трения колебания были бы незатухающими. При наличии же трения механическая энергия не сохраняется: как вы уже знаете, она превращается во внутреннюю энергию. Поэтому при наличии трения колебания затухают.