Перетворення енергії при коливальному русі

Перетворення енергії при коливальному русі – це така тема, що… але про все по порядку. Як ви вважаєте чи може маятник гойдатися вічно? Відповіді на це питання два: так і ні. Як це може бути? Щоб це зрозуміти, розберемо, що відбувається з маятником в процесі коливань.

Маятник в процесі коливань
При коливанні маятник проходить від однієї крайньої точки через положення рівноваги до іншої. При цьому періодично змінюється його енергія. У крайніх точках маятник якийсь нетривалий час знаходиться в стані спокою, але на нього діє сила тяжіння і, отже, він володіє деякою потенційною енергією.

Маятник починає рухатися. У процесі руху він наближається до положення рівноваги, збільшується його швидкість, і зростає його кінетична енергія, але потенційна зменшується.

У момент проходження через положення рівноваги його потенційна енергія стає рівною нулю, проте швидкість при цьому максимальна, тому його кінетична енергія, відповідно, максимальна.

Під дією інерції маятник продовжує свій рух далі, але на нього діє сила тяжіння, і він поступово зупиняється. При цьому, його кінетична енергія зменшується, а зростає потенційна.

І по досягненні крайньої точки кінетична енергія стає рівною нулю, оскільки до нуля зменшується швидкість маятника. Потенційна енергія при цьому зростає до свого максимального значення. Маятник починає рух у зворотному напрямку, і всі енергетичні процеси повторюються знову.

Так відбувається циклічне перетворення енергії при коливальному русі, повторюване кожен період коливань. Можна записати, що при кожному проходженні від однієї крайньої точки до іншої енергія маятника зазнає такі зміни: Еп ? Ек ? Еп ? Ек ? Еп ?…

Чому затухаючі коливання загасають?
Виходить, що коливання маятник може здійснювати нескінченно, якщо нічого йому не завадить. У теорії так, але на практиці, навіть у самих ідеальних умовах над поверхнею Землі завжди присутня атмосфера, отже, завжди існує опір повітря, що перешкоджає будь-якому руху.

Тому будь-яке коливальний рух рано чи пізно зупиниться. Саме тому всі вільні коливання є затухаючими.

Коливання можуть відбуватися нескінченно тільки в безповітряному просторі при дотриманні інших ідеальних умов. У реальності ніхто не буде створювати такі умови, тому і відповідь на наше запитання, поставлене вище, двоякий: і так, і ні. У теорії так, на практиці немає.

Хто змушує змушені коливання?
Так як всі коливання в реальності з часом припиняються, то для підтримки скільки-небудь тривалих коливань, потрібно стороння сила. Зокрема, в годинах рівномірний хитання маятника підтримують або батарейками, або вручну взводу Спеціального пружину, енергії якої вистачає на деякий час.

У такому випадку говорять про вимушені коливання. Постійне стороннє вплив « змушує » маятник здійснювати рівномірні коливання. У самих різних коливальних системах використовують самі різні механічні і електричні пристрої для підтримки процесу коливань.

Посилання на основну публікацію