Tengo problemas para entender los conceptos de este problema. Aquí está el problema:
Un bloque se coloca en un plano inclinado en ángulo . El coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es . Al bloque se le da una patada para que inicialmente se mueva con velocidad. horizontalmente a lo largo del plano (es decir, en la dirección perpendicular a la dirección que apunta hacia abajo en el plano). ¿Cuál es la velocidad del bloque después de mucho tiempo?
Podemos ver eso , si le dimos al bloque una velocidad inicial a lo largo del plano, debería estar sujeto a una fuerza de fricción opuesta a su velocidad, donde
Sin embargo, esta es la respuesta que dio mi libro:
La fuerza normal del plano es . Por lo tanto, la fuerza de fricción sobre el bloque es . Esta fuerza actúa en la dirección opuesta al movimiento. El bloque también siente la fuerza gravitacional de apuntando hacia abajo del avión. Debido a que las magnitudes de la fuerza de fricción y la fuerza gravitatoria a lo largo del plano son iguales, la aceleración a lo largo de la dirección del movimiento es igual al negativo de la aceleración en la dirección hacia abajo del plano. Por lo tanto, en un pequeño incremento de tiempo, la velocidad que pierde el bloque a lo largo de su dirección de movimiento es exactamente igual a la velocidad que gana en la dirección hacia abajo del plano . Sea v la velocidad del bloque y sea vy la componente de la velocidad en la dirección hacia abajo del plano, por lo tanto tenemos
dónde es una constante viene dado por su valor inicial, que es . El valor final de es (dónde es la velocidad final del bloque), porque el bloque esencialmente se mueve en línea recta hacia abajo en el plano después de un tiempo muy largo. Por lo tanto,
Realmente no entiendo lo que esto está tratando de decir. La parte en negrita es lo que me está dando problemas. Creo que puede estar mal escrito, creo que necesito una explicación más clara.
Ese es un buen problema, ¿de qué libro es? Uno puede obtener la respuesta correcta rápidamente proyectando fuerzas al eje móvil alineado con la dirección instantánea de V para encontrar d/dt(V), y eso es lo que parece sugerir el libro (pero de una manera bastante oscura).
Aquí hay un enfoque diferente a la solución, probablemente más sencillo en términos de física pero que requiere un poco de álgebra y cálculo, usando coordenadas (x, y) en la superficie de la cuña; x es el eje horizontal, y es vertical (hacia arriba de la cuña).
Hay tres fuerzas que actúan sobre el cuerpo: la gravedad , reacción normal y fricción . Dado que el movimiento es en el plano de la cuña, la suma de las fuerzas proyectadas en la dirección normal es cero, por lo que . Dentro del plano hay dos fuerzas. Primero es la proyección de la gravedad. dirigido hacia abajo. La segunda es la fuerza de rozamiento. . Para un cuerpo en un plano inclinado con el coeficiente de fricción está en el umbral del deslizamiento; el análisis estándar se proporciona, por ejemplo, en https://en.wikipedia.org/wiki/Friction . Por tanto, la fuerza de rozamiento es igual a y tiene dirección opuesta al vector velocidad.
Para resumir, el movimiento dentro del plano resulta de la acción de dos fuerzas de igual magnitud , uno se dirige hacia abajo de la cuña, el otro se dirige de manera opuesta al vector de velocidad. De ahí se puede deducir que la tasa de cambio de la magnitud de la velocidad total es igual a la de . Inicialmente el cuerpo se mueve horizontalmente con velocidad , entonces y . Eventualmente, el vector de movimiento se dirige hacia abajo de la cuña con , por lo que los valores finales son y . Entonces se sigue que , entonces .
Los detalles del cálculo se muestran a continuación:
Inquisitivo