Что происходит со скоростью и ускорением груза в течение одного полного колебания после его отклонения от положения

Когда груз отклоняется от положения равновесия и затем освобождается, происходит колебательное движение. В течение одного полного колебания скорость и ускорение груза меняются согласно законам гармонического движения.

Представим себе, что груз находится на пружине, которая растягивается или сжимается при колебаниях. Сначала груз отклоняется от положения равновесия, то есть от положения, когда пружина недеформирована. После освобождения груз начинает двигаться в противоположную сторону относительно своего начального положения.

В начале движения скорость груза максимальна, так как он прошел полный путь отклонения от положения равновесия. С течением времени скорость уменьшается и становится равной нулю, когда груз достигает крайнего смещения и начинает двигаться в обратном направлении. Затем скорость увеличивается, но уже в обратном направлении. Таким образом, скорость груза меняется синусоидально в течение колебаний.

Что касается ускорения, оно также меняется в течение колебаний. В начальной точке колебания (положение равновесия), ускорение максимально и равно нулю. При отклонении груза от положения равновесия, ускорение растет и достигает максимального значения, когда груз проходит через положение максимального смещения. Затем ускорение снова уменьшается и становится равным нулю, когда груз достигает крайнего смещения в противоположной стороне. После этого ускорение увеличивается в обратном направлении и снова достигает максимального значения. Таким образом, ускорение груза также меняется синусоидально по времени в течение колебательного движения.

Обоснование этого поведения груза связано с действующими на него силами. Когда груз отклоняется от положения равновесия, действует сила упругости, вызванная растягиванием или сжатием пружины. В соответствии с законом Гука, эта сила пропорциональна смещению груза от положения равновесия. Поскольку сила упругости направлена в сторону положения равновесия, она создает ускорение груза против направления его движения. В результате груз замедляется, меняет направление и начинает двигаться в обратном направлении. Это создает синусоидальное изменение скорости и ускорения в течение колебанию.