ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Колебания. Задача 6.13

[Александр Сакович]

6.13 (7.15). Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведут себя потенциальная энергия груза в поле тяжести и его скорость, когда груз движется вверх от положения равновесия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается, 2) уменьшается, 3) не изменяется.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

Теория. 1) Потенциальная энергия W_пот груза в поле тяжести равна
\[W_{\text{пот}}=m \cdot g \cdot h.\ \ \ (1)\]
2) При свободных колебаниях груза на пружине его скорость υ максимальна в положении равновесия и равна нуля в амплитудных положениях.

Анализ условия. 1) По условию пружина всё время остаётся растянутой.
2) По условию груз движется вверх, поэтому его высота h относительно пола увеличивается.
3) По условию масса m груза не изменяется, так как груз не изменяют.
Определим, как изменятся потенциальная энергия W_пот груза в поле тяжести и его скорость υ при изменении высоты h груза.

Решение. 1) Определим, как изменится потенциальная энергия W_пот груза в поле тяжести и его скорость υ при изменении высоты h груза.
По условию масса m груза не изменяется. Так как по условию высота h груза относительно пола увеличивается, то из уравнения (1) следует, что потенциальная энергия W_пот груза так же увеличивается.
Это соответствует изменению № 1.

2) Определим, как как изменится скорость υ груза при изменении его высоты h.
При движении от положения равновесия скорость груза уменьшается (см. теорию пункт 2).
Это соответствует изменению № 2.
Ответ: 12.