14.015/A levezetés

849

Először rajzoljuk be a ládára ható erőket! A súrlódásmentes lejtő csak a felületre merőleges irámnyú nyomóerőt fejt ki, hiszen definíció szerint egy felület által kifejtett erőnek a felületirányú összetevőjét nevezzük súrlódási erőnek.

El kell döntenünk, hogy milyen rendszer szerint érdemes felbontani az erőket. Mivel az egyik erőnk függőleges, a másik pedig lejtőre merőleges, ezek alapján a vízszintes - függőleges illetve a lejtőre merőleges - lejtővel párhuzamos felbontások közül egyik sem előnyösebb a másiknál. Azonban az $a$ gyorsulásunk vízszintes, emiatt a vízszintes - függőleges felbontási rendszer győz:

Válasszuk a pozitív irányt jobbra illetve felfelé! Írjuk fel a mozgásegyenletet vízszintes (x) irányra:

$$\Sigma F_x=m\cdot a_x$$

$$F_{ny}\cdot {\sin  α\ }=m\cdot a$$

Ebből a keresett gyorsulás:

$$a={{F_{ny}\cdot {\sin  α\ }}\over {m}}$$

De nem ismert az $F_{ny}$ nyomóerő. Ezért írjuk fel a mozgásegyenletet a függőleges (y) irányra is:

$$\Sigma F_y=m\cdot a_y$$

$$F_{ny}\cdot {\cos  α\ }-m\cdot g=0$$

hiszen a lejtőhöz képest mozdulatlan láda függőleges irányú gyorsulása nulla. Fejezzük ki a szükséges nyomóerőt:

$$F_{ny}={{m\cdot g}\over {{\cos  α\ }}}$$ 

Írjuk be ezt a vízszintes irány vizsgálatánál kapott gyorsulás egyenletébe:

$$a={{F_{ny}\cdot {\sin  α\ }}\over {m}}={{{{m\cdot g}\over {{\cos  α\ }}}\cdot {\sin  α\ }}\over {m}}$$

Ebből a keresett gyorsulás:

$$a=g\cdot {{\rm tg} α\ }$$

Az adatokat behelyettesítve:

$$a=5,7735\ {{m}\over {s^2}}$$