Шарик, совершая колебания на пружине, последовательно проходит положения «1», «2», «3», «4», «5» и так далее (смотри рисунок). Определи, в каких из данных положений скорость шарика максимальна.

Для того чтобы ответить на этот вопрос, давай разберёмся, как ведёт себя шарик на пружине при колебаниях.

Когда шарик колеблется на пружине, его движение — это гармонические колебания, и в таком движении есть несколько ключевых моментов, которые влияют на скорость шарика:

1. Скорость максимальна, когда шарик проходит через положение равновесия, то есть когда он находится в точке, где пружина не растянута и не сжата, и сила, действующая на него, равна нулю. Это потому, что в этой точке шарик движется с максимальной скоростью, так как вся его энергия на этом участке преобразуется в кинетическую. В этот момент потенциал пружины минимален, а кинетическая энергия максимальна.

2. Скорость минимальна (или равна нулю) в крайних точках колебания, то есть в тех положениях, где пружина либо максимально растянута, либо максимально сжата. В этих точках вся энергия системы превращается в потенциальную энергию пружины, а кинетическая энергия (и, соответственно, скорость) равна нулю.

Теперь, если на рисунке положения шарика указаны как «1», «2», «3», «4», «5» и так далее, то, скорее всего, положения «1» и «5» — это крайние точки колебаний, а остальные — точки, в которых шарик проходит через равновесие. В этих промежуточных точках скорость будет меньше максимальной, но всё равно она будет выше, чем в крайних точках.

Итак, максимальная скорость шарика будет в тех положениях, которые находятся ближе всего к положению равновесия. Если, например, положения «2», «3», «4» — это те, через которые шарик проходит при движении через точку равновесия, то в этих положениях его скорость будет максимальной.