Ма́ятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения. Во многих случаях трением можно пренебречь, а от сил упругости (либо сил тяжести) абстрагироваться, заменив их связями.
Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию (гравитационную, упругую) и обратно. Кроме того, постепенно происходит диссипация кинетической энергии в тепловую за счёт сил трения.
Одним из простейших маятников является шарик, подвешенный на нити. Идеализацией этого случая является математический маятник — механическая система, состоящая из материальной точки, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в поле тяжести.
Если размерами массивного тела пренебречь нельзя, но всё еще можно не учитывать упругих колебаний тела, то можно прийти к понятию физического маятника. Физический маятник — твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр масс этого тела.
Система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и соударяющихся друг с другом, называется маятником Ньютона. Здесь уже приходится учитывать упругие процессы.
Маятник Фуко — это груз, подвешенный на нити изменять плоскость своих колебаний.
Ещё одним простейшим маятником является пружинный маятник. Пружинный маятник — это груз, подвешенный на пружине и колебаться вдоль вертикальной оси.
Крутильный маятник — механическая система, представляющая собой тело, подвешенное в поле тяжести на тонкой нити и обладающее лишь одной степенью свободы: вращением вокруг оси, задаваемой неподвижной нитью.
Маятники используются в различных приборах, например, в часах и сеймографах.
Маятники облегчают изучение колебаний, так как наглядно демонстрируют их свойства.
При колебательном движении соблюдается закон сохранения энергии. Рассмотрим на примере математического маятника.
Когда маятник отклоняют на высоту h, его потенциальная энергия максимальная. Когда маятник опускается, потенциальная энергия переходит в кинетическую. Причем в нижней точке, где потенциальная энергия равна нулю, кинетическая энергия максимальная и равна потенциальной энергии в верхней точке. Скорость груза в этой точке максимальная.
На рис. 2 потенциальная энергия достигает своего максимума, на рис. 3 максимума достигает кинетическая энергия.
Q = 2507 Дж
Объяснение:
А = 5000 Дж - работа газа
ΔТ = -100 К - изменение температуры
i = 6 - число степеней свободы трёхатомного газа
ν = 1 моль - количество газа
R = 8.31 Дж/(моль · К) - универсальная газовая постоянная
Q - ? - количество теплоты, сообщённой газу
Первое начало термодинамики:
Q = ΔU + A
Изменение внутренней энергии
ΔU = i/2 · ν · R · ΔT
Q = i/2 · ν · R · ΔT + A
Q = 6/2 · 1 · 8,31 · (-100) + 5000 = -2493 + 5000 = 2507 (Дж)