Amplituda drgań, czyli największe wychylenie z położenia równowagi według wykresu wynosi:
Największą wartość prędkości ciężarka mamy w położeniu równowagi, czyli dla energii równej:
Wiemy, że masa ciężarka wynosiła:
Korzystając ze wzoru na energię kinetyczną wyznaczamy maksymalną wartość prędkości ciężarka:
Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:
Całkowita energia mechaniczna układu równa jest energii kinetycznej w położeniu równowagi:
W podanej odległości od położenia równowagi energia kinetyczna wynosi:
Zatem zgodnie z zasadą zachowania energii mechanicznej energia potencjalna w położeniu równowagi będzie wynosiła:
Z ryciny 3.5 na stronie 22 odczytujemy amplitudę, czyli maksymalne wychylenie z położenia równowagi:
Z tego samego wykresu wynika, że energia kinetyczna ciała w odległości 0,6 cm od położenia równowagi reprezentowana przez niebieski wykres wynosi około:
Dane:
Szukane:
Rozwiązanie:
Korzystając z zasady zachowania energii otrzymujemy, że:
Podane mamy, że:
▶ początkowa amplituda wahań huśtawki: ,
▶ amplituda wahań huśtawki po wzroście: .
Zauważmy, że stosunek amplitudy po wzroście do amplitudy przed wzrostem wynosi:
Wiemy, że energia mechaniczna jest wprost proporcjonalna do kwadratu amplitudy.
Z tego wynika, że skoro amplituda wzrosła dwa razy to energia mechaniczna wzrośnie 2²=4 razy.
Franek podskakuje na drążku: energia kinetyczna zostaje zamieniona na energię potencjalną grawitacji.
Franek odpada: energia potencjalna grawitacji zostaje zamieniona na energię kinetyczną.
Sprężyna skraca się w wyniku lądowania Franka: energia kinetyczna zostaje zamieniona na energię potencjalną sprężystości.
Sprężyna odbija się: energia potencjalna sprężystości zostaje zamieniona na energię kinetyczną.
Franek znowu podskakuje: energia kinetyczna zostaje zamieniona na energię potencjalną grawitacji.