Egy testet felfelé lökünk egy súrlódásos lejtőn, majd hagyjuk visszacsúszni az eredeti helyére. Melyik útszakasz megtétele tart tovább?
A) A felfelé mozgás tart tovább.
B) A lefelé mozgás tart tovább.
C) Egyenlő ideig tart a két útszakasz megtétele.
A) A felfelé mozgás tart tovább.
B) A lefelé mozgás tart tovább.
C) Egyenlő ideig tart a két útszakasz megtétele.
A test mozgása két szakaszra bontható: felfelé menetre illetve lefelé menetre. Ezek a szakaszok több szempontból is hasonlók:
- mindkét szakaszon ugyanakkora a két megtett út, hiszen hagyjuk visszacsúszni a kiindulási helyére
- mindkét szakaszon mindvégig egyenletesen gyorsuló a test mozgása
- mindkét szakaszon az egyik szélső sebesség nulla (felfelé menet a végsebesség nulla, lefelé menet a kezdősebesség nulla)
- emiatt mindkét szakasz \(v\thinspace \unicode{x2013} \thinspace t\) sebesség-idő diagramja derékszögű háromszög
Vajon a test gyorsulása (illetve annak nagysága) azonos a két szakaszon? Ha esetleg igen, akkor a két szakasz időtartama is azonos kell legyen, hisz a sebesség-idő diagramon a megtett utak csak így lesznek azonosak:

Gondoljuk végig a gyorsulásokat! Egy test \(a\) gyorsulását Newton II. törvénye szerint a testre ható erők eredője határozza meg, valamint a test \(m\) tömege:
\[\Sigma F=m\cdot a\]
Mivel a testt tömege a két szakaszon azonos, a gyorsulás csak az eredő erő miatt lehet különböző. Készítsünk ábrát, és rajzoljuk be először a testre ható azon erőket, amelyek mindkét szakaszon hatnak, és egyből emeljük is ki (kék színnel) a lejtőirányú mozgás gyorsulását (lejtővel párhuzamos gyorsulást) meghatározó lejtőirányú, lejtővel párhuzamos erőket, komponenseket!

Azt látjuk, hogy a nehézségi erő lejtővel párhuzamos erőkomponens egyedül a nehézségi erő lejtővel párhuzamos része.
Ezeken túl a testre hat még a csúszási súrlódási erő, de ez bonyolultabb, mivel mindig a test relatív sebességével ellentétes irányú. Nézzük először a felfelé menő szakaszt:

Azt látjuk, hogy felfelé menet a csúszási súrlódási erő lefelé hat, vagyis "összedolgozik" a ehézségi erő lejtővel párhuzamos komponensével, azaz egymás hatását "segítik".
Nézzük most a csúszási súrlódási erőt felfelé menet:

Azt látjuk, hogy lefelé menet a csúszási súrlódási erő felfelé hat, vagyis "ellene dolgozik" a nehézségi erő lejtővel párhuzamos komponensével, azaz egymás hatását "gyengítik".
Ezek alapján a test lejtőirányú gyorsulásának nagysága felfelé menet nagyobb lesz, mint lefelé, hiszen felfelé összeadódik a két erő, lefelé viszont kivonódik az egyik a másikból. Ábrázoljuk nagy vonalakban ezt a felismerést \(v\thinspace \unicode{x2013} \thinspace t\) sebesség-idő diagramon:

Tehát a test a lefelé szakaszon kisebb gyorsulással csak úgy tud ugyanakkora utat megtenni, ha több ideig tart a gyorsuló mozgása. Vagyis a visszacsúszás biztosan hosszabb ideig fog tartani, mint a felfelé menet.