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.
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:
— 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?
W skrajnym położeniu () prędkość to zero, więc — cała energia jest potencjalna. W równowadze () sprężyna jest luźna, więc — 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 , a maksymalną prędkość znajdź z .
Zapamiętaj: w drganiach energia krąży między Ep a Ek, ale ich suma E = ½kA² jest stała. Skraj = sama potencjalna, środek = sama kinetyczna.
W położeniu równowagi (x=0), gdzie wychylenie jest zerowe, a prędkość maksymalna; Ep=0, więc cała energia to Ek.
Od kwadratu amplitudy: E=½kA²; dwukrotnie większa amplituda to czterokrotnie większa energia.
W drganiach nietłumionych tak — Ep i Ek zmieniają się, ale ich suma pozostaje stała.