Шарик колеблется на пружине, подвешенной вертикально к потолку, при этом максимальное расстояние от потолка до центра груза равно H, минимальное h. В точке, удаленной от потолка на расстояние h:
1) кинетическая энергия шарика максимальна
2) потенциальная энергия пружины минимальна
3) потенциальная энергия взаимодействия шарика с землей максимальна
4) потенциальная энергия взаимодействия шарика с землей минимальна
В точке, удаленной от потолка на расстояние h, шарик меняет направление своего движения. Он перестает подниматься и начинает опускаться, поэтому скорость его в этой точке равна нулю, а значит, кинетическая энергия минимальна. С другой стороны, в этой точке шарик находится на максимальной высоте над поверхностью земли, следовательно, потенциальная энергия взаимодействия шарика с землей максимальна. Ответ: 3.
Примечание:
При подвешивании груза к потолку пружина растягивается, и груз совершает колебания вокруг этого нового «растянутого» положения равновесия. Поэтому если окажется так, что h равно или больше длины недеформированной пружины, то в этой точке растяжение пружины будет минимальным и, следовательно, будет минимальна ее потенциальная энергия. При таком условии пункт 2 также будет верен.


Уважаемый Алексей!
К приведённому в решении задачи примечанию следует добавить следующее.
Амплитуда колебаний данного пружинного маятника (которая равна начальному отклонению шарика (груза) от «растянутого» положения равновесия , когда шарик (груз) в начальный момент отклонили от этого положения, а затем отпустили и он начал совершать колебательные движения около «растянутого» положения равновесия) может быть такой, что в точке, уда¬лен-ной от по¬тол¬ка на рас¬сто¬я¬ние h, пружина находится: 1. в растянутом состоянии, то есть, груз не поднимается до положения, соответствующего недеформированной пружине (h больше длины недеформированной пружины, то есть, при таком колебательном цикле пружина в каждый момент времени находится в растянутом состоянии); - в этом случае, в рассматриваемой точке деформация (растяжение) пружины минимальна(-о), по сравнению с другими возможными для такого колебательного цикла значениями деформации (растяжения), и, следовательно, потенциальная энергия пружины в этой точке минимальна (по сравнению с другими возможными для такого колебательного цикла значениями); 2. в недеформированном состоянии; - этот случай соответствует случаю, упомянутому в примечании, то есть, в рассматриваемой точке также потенциальная энергия пружины минимальна (и равно 0); 3. в сжатом состоянии, то есть, груз при колебательном движении проходит положение, соответствующее недеформированному состоянию пружины – положение, соответствующее минимальному (нулевому) значению потенциальной энергии для такого цикла колебательного движения данного пружинного маятника (h меньше длины недеформированной пружины; при этом условии в стадиях цикла – при движении груза вверх от точки недеформированного состояния пружины до верхней точки и от верхней точки вниз до точки недеформированного состояния – пружина находится в сжатом состоянии, в стадиях колебательного цикла – при движении груза вниз от точки недеформированного состояния пружины до нижней точки и вверх из нижней точки до точки недеформированного состояния - пружина находится в растянутом состоянии , в стадиях прохождения недеформированного состояния (при движении вверх и вниз) - в недеформированном состоянии); - в этом случае потенциальная энергия пружины в рассматриваемой точке больше нуля и, следовательно, не минимальна.
Несложные расчёты показывают, что случай 1. (h > L0) соответствует условию A < mg/k , случай 2. (h = L0) A = mg/k, случай 3. (h < L0) A > mg/k, где L0 – длина недеформированной пружины, A – амплитуда колебаний , m – масса шарика (груза), g – ускорение свободного падения, k – жёсткость пружины.
С уважением, Гость.
Уважаемый гость!
Спасибо за Ваш объемный комментарий. Стоит отметить, что в данной задаче состояния в которых пружина растянута или сжата в верхней точке своих колебаний неинтересны, т.к. это не приводит к появлению нового решения, а вот третье состояние, которое возникает при определенных условиях, приводит к новому решению и поэтому о нем упоминается в примечании.
Уважаемый редактор! Прочтите, пожалуйста, ещё раз внимательно мой комментарий к данной задаче: не приводит, выражаясь Вашими словами, к новому решению только случай, указанный мной под пунктом 3 моего предыдущего комментария. В пунктах же 1 и 2 мной указаны случаи, выражаясь Вашими словами, появления нового решения. При этом, случай, указанный мной под пунктом 2, рассмотрен в Примечании к решению, а случай, указанный мной под пунктом 1, остался без рассмотрения в Примечании, при том, что в этом случае пункт 2 условия задачи (приведённый в условии задачи вариант ответа под пунктом 2) тоже будет верен (потенциальная энергия пружины в этом случае минимальна!).
Примечание исправлено. Спасибо!