Förstå den enkla harmoniska rörelsen (SHM) på en vår
* Potentiell energi: När massan är i dess extrema positioner (längst från jämvikt/medelposition) lagras all sin energi som potentiell energi. Våren är sträckt eller komprimerad i sin maximala utsträckning, och denna lagrade energi väntar på att släppas.
* kinetisk energi: När massan börjar röra sig mot medelpositionen omvandlas den potentiella energin som lagras på våren till kinetisk energi. Massan får hastighet när den närmar sig medelpositionen.
* Conservation of Energy: Systemets totala mekaniska energi (potential + kinetisk) förblir konstant. Detta innebär att när massan rör sig mot medelpositionen minskar den potentiella energin och den kinetiska energin ökar.
Varför hastigheten är maximal vid medelpositionen
* noll potentiell energi: Vid medelpositionen är våren varken sträckt eller komprimerad. Detta innebär att det inte finns någon potentiell energi lagrad på våren.
* Maximal kinetisk energi: Eftersom all potentiell energi har omvandlats till kinetisk energi har massan sin maximala hastighet vid medelpositionen.
Varför hastigheten är noll vid extrema positioner
* Maximal potentiell energi: Vid extrema positioner är all energi i form av potentiell energi. Våren är antingen helt sträckt eller komprimerad, och massan är tillfälligt stationär.
* noll kinetisk energi: Eftersom det inte finns någon kinetisk energi har massan nollhastighet vid extrema positioner.
visualisering av det
Föreställ dig en svängande pendel. Vid de högsta punkterna i sin gunga (extrema positioner) stannar det tillfälligt. Detta liknar massan som är fäst vid en fjäder. Vid medelpositionen har pendeln sin maximala hastighet. Detta är analogt med massan fäst vid en fjäder med sin maximala hastighet vid medelpositionen.
Nyckelpunkt: Massans hastighet som är fäst vid fjädern förändras kontinuerligt när den svänger mellan medelvärdet och extrema positioner. Det är viktigt att förstå att massan inte plötsligt hoppar från nollhastighet till maximal hastighet. Det är en gradvis förändring som accelererar när den rör sig mot medelpositionen och bromsar när den rör sig mot de extrema positionerna.
