NexTutor
Wirtualne laboratorium/Fizyka/Drgania/Energia w ruchu drgającym — Ep i Ek

Energia w ruchu drgającym — Ep i Ek

Przesuwaj masę na sprężynie. W skrajnym wychyleniu cała energia jest potencjalna (½kx²), w położeniu równowagi — cała kinetyczna. Suma pozostaje stała (½kA²). Zobacz, jak słupki Ep i Ek przelewają się nawzajem.

Fizyka · Drgania · Energia w ruchu harmonicznym (FIZ.DRG.PP.02)
Wychylenie xx (od A-A do +A+A)6.0 cm
W położeniu równowagi (x = 0) energia drgań jest:
wychylenie x
6.0 cm
energia Ep
0.36 J
energia Ek
0.64 J
całkowita E
1.00 J

Co się właśnie stało?

Masa na sprężynie przechowuje energię na dwa sposoby: gdy jest wychylona, energia siedzi w napiętej sprężynie (potencjalna); gdy pędzi przez środek, siedzi w ruchu (kinetyczna). Suma jest zawsze taka sama.

Bilans energii drgań:

Ep=12kx2Ek=EEpE_p = \tfrac{1}{2}kx^2 \qquad E_k = E - E_p

— energia potencjalna rośnie z kwadratem wychylenia, a kinetyczna to reszta do stałej całości. k — współczynnik sprężystości (N/m), x — wychylenie (m), A — amplituda.

Niezmiennik — co zostaje stałe?

E=Ep+Ek=12kA2=constE = E_p + E_k = \tfrac{1}{2}kA^2 = \text{const}

W skrajnym położeniu (x=±Ax = \pm A) prędkość to zero, więc E=EpE = E_p — cała energia jest potencjalna. W równowadze (x=0x = 0) sprężyna jest luźna, więc E=EkE = E_k — cała jest kinetyczna. Między nimi energia tylko „przelewa się" z jednej postaci w drugą.

Po co Ci to na maturze:

Zasada zachowania energii mechanicznej rozwiązuje większość zadań o drganiach — bez liczenia sił i przyspieszeń. Chwyt: w skrajnym punkcie licz z E=12kA2E = \tfrac{1}{2}kA^2, a maksymalną prędkość znajdź z 12mvmax2=12kA2\tfrac{1}{2}mv_{max}^2 = \tfrac{1}{2}kA^2.

Zapamiętaj: w drganiach energia krąży między Ep a Ek, ale ich suma E = ½kA² jest stała. Skraj = sama potencjalna, środek = sama kinetyczna.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Gdzie energia drgań jest wyłącznie kinetyczna?

W położeniu równowagi (x=0), gdzie wychylenie jest zerowe, a prędkość maksymalna; Ep=0, więc cała energia to Ek.

Od czego zależy całkowita energia drgań?

Od kwadratu amplitudy: E=½kA²; dwukrotnie większa amplituda to czterokrotnie większa energia.

Czy energia drgań jest zachowana?

W drganiach nietłumionych tak — Ep i Ek zmieniają się, ale ich suma pozostaje stała.