При свободных колебаниях маятника его полная механическая энергия остаётся постоянной и равной сумме его кинетической и потенциальной энергий в любой момент времени. Это утверждение является следствием закона сохранения энергии.
В данном случае максимальное значение потенциальной энергии маятника равно 10 Дж, и максимальное значение его кинетической энергии также составляет 10 Дж. Однако эти максимальные значения не достигаются одновременно. Когда маятник находится в крайнем положении (максимальное отклонение), вся его энергия является потенциальной, и кинетическая энергия в этот момент равна нулю. Аналогично, в положении равновесия, когда скорость маятника максимальна, вся его энергия является кинетической, и потенциальная энергия в этот момент равна нулю.
Таким образом, полная энергия маятника в любой момент времени будет суммой кинетической и потенциальной энергий:
[ E{\text{полная}} = E{\text{потенциальная}} + E_{\text{кинетическая}} ]
Поскольку максимальные значения этих энергий равны 10 Дж, можно заключить, что полная энергия маятника в любом положении равна 10 Дж. Это значение не изменяется во времени при условии отсутствия потерь энергии на трение и сопротивление воздуха.
Поэтому полная энергия маятника изменяется в пределах:
[ E_{\text{полная}} = 10 \, \text{Дж} ]
Величина полной энергии постоянна и равна 10 Дж на всём протяжении колебательного движения маятника.