Probni period: svi časovi su besplatni — video, pitanja, rešeni zadaci i test, i bez naloga.

Energija pri oscilovanju — kuda nestane brzina na vrhu zamaha?

Tokom oscilovanja mehanička energija se stalno pretvara iz potencijalne u kinetičku i obrnuto, ali zbir ostaje stalan (zakon održanja). U amplitudnom položaju sva energija je potencijalna (v = 0), a u ravnotežnom sva kinetička (v najveća, v = √(2gh)).

Video

Jana se ljulja na ljuljašci. Na najvišoj tački za tren stane, pa opet ubrza i kroz najnižu tačku proleti najbrže. Brzina kao da nestane na vrhu, a onda se vrati. Kuda ode i odakle se vrati? Pogledaj video, pa nastavi čas.

Pojmovi

Energije koje se smenjuju
Telo koje osciluje ima kinetičku energiju (zbog kretanja, $E_k = \dfrac{mv^2}{2}$) i potencijalnu (zbog položaja: gravitacionu $E_p = mgh$ ili elastičnu kod opruge). Mehanička energija je njihov zbir: $E = E_k + E_p$.
Zakon održanja pri oscilovanju
Ako nema trenja i otpora sredine, ukupna mehanička energija oscilatora je stalna. Energija se samo pretvara iz potencijalne u kinetičku i nazad, ali njihov zbir je u svakoj tački isti.
Amplitudni položaj — sva potencijalna
U amplitudnom položaju (najviša tačka klatna ili najviše sabijena/istegnuta opruga) telo na tren miruje: brzina je nula, pa je kinetička energija nula. Tada je sva energija potencijalna i najveća.
Ravnotežni položaj — sva kinetička
U ravnotežnom položaju potencijalna energija je nula (klatno u najnižoj tački, opruga nedeformisana), a brzina je najveća. Tada je sva energija kinetička i najveća.
Jednaka u svim tačkama
Pošto je zbir stalan, potencijalna energija u amplitudnom položaju jednaka je kinetičkoj u ravnotežnom: $E = \dfrac{mv_{max}^2}{2} = mgh$ (za klatno). Energija samo menja oblik, ne nestaje.
Brzina u ravnotežnom položaju
Iz jednakosti $\dfrac{mv_{max}^2}{2} = mgh$ sledi $v_{max} = \sqrt{2gh}$. To je ista brzina koju telo dobije pri slobodnom padu sa visine $h$: ista pređena visina znači i istu pretvorenu energiju, pa i istu brzinu.
U stvarnosti — prigušenje
U stvarnosti uvek postoji malo trenja i otpora vazduha, pa mehanička energija polako prelazi u toplotu. Zato se amplituda smanjuje i oscilator se posle nekog vremena zaustavi (prigušene oscilacije).

Formule

Mehanička energija
E = E_k + E_p
OznakaŠta značiJedinica
$E$ukupna mehanička energijaJ
$E_k$kinetička energijaJ
$E_p$potencijalna energijaJ

Bez trenja i otpora: E = const (zakon održanja).

Kinetička i potencijalna energija
E_k = \frac{mv^2}{2}, \quad E_p = mgh
OznakaŠta značiJedinica
$m$masa telakg
$v$brzinam/s
$g$ubrzanje Zemljine teže ≈ 10m/s²
$h$visina iznad ravnotežnog nivoam

U amplitudnom položaju E = E_p (v = 0); u ravnotežnom E = E_k (h = 0).

Brzina u ravnotežnom položaju
v_{max} = \sqrt{2gh}
OznakaŠta značiJedinica
$v_{max}$najveća brzina (u ravnotežnom položaju)m/s
$g$ubrzanje Zemljine teže ≈ 10m/s²
$h$visina amplitudnog položajam

Ista kao brzina slobodnog pada sa visine h.

Pitanja

Pitanje 1 od 10

1. Koje dve energije telo ima dok osciluje?

2. Šta se dešava sa mehaničkom energijom pri oscilovanju (bez trenja)?

3. U amplitudnom položaju (najviša tačka) energija je:

4. U ravnotežnom položaju (najniža tačka) energija je:

5. Gde je brzina tela najveća?

6. Čemu je jednaka potencijalna energija u amplitudnom položaju?

7. Formula za brzinu u ravnotežnom položaju klatna je:

8. Ta brzina je ista kao:

9. Zašto se u stvarnosti oscilator posle nekog vremena zaustavi?

10. Kako se zovu oscilacije kojima amplituda opada zbog trenja?

Rešeni zadaci

Zadatak 1

U nekom trenutku klatno ima kinetičku energiju 3 J i potencijalnu 5 J. Kolika je ukupna mehanička energija?

  1. $E = E_k + E_p = 3\ \mathrm{J} + 5\ \mathrm{J} = 8\ \mathrm{J}$
    Saberemo kinetičku i potencijalnu.
Odgovor: Ukupna mehanička energija je 8 J (ista u svakoj tački).
Zadatak 2

U amplitudnom položaju klatno ima potencijalnu energiju 6 J i miruje. Kolika mu je kinetička energija pri prolasku kroz ravnotežni položaj? (bez trenja)

  1. $E = E_p = 6\ \mathrm{J}$ (gore je sva energija potencijalna)
    Ukupna energija je 6 J.
  2. U ravnotežnom: $E_p = 0 \Rightarrow E_k = E = 6\ \mathrm{J}$
    Sva potencijalna pređe u kinetičku.
Odgovor: Kinetička energija u ravnotežnom položaju je 6 J.
Zadatak 3

Kuglica klatna se podiže do visine 0,2 m. Kojom brzinom prolazi kroz ravnotežni položaj? (g = 10 m/s²)

  1. $v_{max} = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \cdot 10 \cdot 0{,}2} = \sqrt{4} = 2\ \mathrm{m/s}$
    Uvrstimo g i h i izvadimo koren.
Odgovor: Kroz ravnotežni položaj prolazi brzinom 2 m/s.

Test

Kod računskih zadataka reši u svesci i upiši rezultat (decimalni broj sa zarezom, npr. 2,5), a kod ostalih izaberi tačan odgovor.

Zadatak 1

Klatno u nekom trenutku ima kinetičku energiju 3 J i potencijalnu 5 J. Kolika je ukupna mehanička energija?

J

Zadatak 2

Ukupna mehanička energija oscilatora je 40 J. U nekom trenutku potencijalna je 24 J. Kolika je kinetička?

J

Zadatak 3

Ukupna mehanička energija oscilatora je 12 J. U nekom trenutku kinetička je 8 J. Kolika je potencijalna?

J

Zadatak 4

Dok se klatno penje ka amplitudnom položaju, njegova energija:

Zadatak 5

Zašto se prava ljuljaška posle nekog vremena zaustavi, iako je gurneš jednom?

Bravo, čas je završen!

—pitanja iz prve
—zadataka na testu

Želiš sertifikat? Napravi besplatan nalog, pa uradi test još jednom (treba bar 3 od 5 tačno). Rezultati se tada čuvaju, a sertifikat možeš da odštampaš ili podeliš.

Napravi besplatan nalog

Pohvali se i pozovi drugara:

Sledeći čas: 4. Rezonancija — zašto vojnici ne marširaju preko mosta?

Još časova — Nikola Stanković