Массивный шарик, подвешенный к потолку на упругой пружине, совершает вертикальные гармонические колебания. Как меняется модуль и каково направление векторов скорости и ускорения шарика в момент, когда шарик проходит положение равновесия, двигаясь вниз?
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Таблица.

Для решения данной задачи важно понимать основные принципы механики, связанные с гармоническими колебаниями. Рассмотрим теоретические основы, на которых базируется решение:

Гармонические колебания на пружине:
1. Положение равновесия: Это точка, в которой сила упругости пружины уравновешивает силу тяжести, действующую на шарик. В положении равновесия шарик не испытывает ускорения, так как результирующая сила, действующая на него, равна нулю.

1. Скорость колеблющегося тела:

   • Скорость шарика при гармонических колебаниях изменяется от максимального значения до нуля.
   • В положении равновесия скорость шарика достигает максимального модуля. Это связано с тем, что вся потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию шарика.

2. Направление скорости: В момент прохождения положения равновесия скорость шарика направлена в сторону его движения. Если он движется вниз, то скорость направлена вниз. Если он движется вверх, то скорость направлена вверх.

3. Ускорение шарика:

   • Ускорение шарика является следствием действия результирующей силы (упругой силы пружины плюс сила тяжести).
   • В положении равновесия результирующая сила равна нулю, поэтому ускорение шарика также равно нулю.
   • Ускорение достигает максимальных значений на крайних точках колебания, где амплитуда колебаний максимальна.

Разбор задачи:
При прохождении положения равновесия, когда шарик движется вниз:
− Скорость шарика: В положении равновесия скорость достигает максимального значения, и ее направление совпадает с направлением движения шарика — вниз.
− Ускорение шарика: В положении равновесия ускорение равно нулю, так как результирующая сила, действующая на шарик, равна нулю.