Ha nem lenne súrlódás, akkor simán csak lecsúszna a gömb, nem gördülne. De gördül, ezért van (tapadási) súrlódás, és annak maximumánál kisebb az `F_s`. A két sínnél fellépő súrlódási erők összege az `F_s`.
Ilyen erők hatnak rá:
`m·g·sin\ α` a lejtővel párhuzamosan lefelé
`F_s` a lejtővel párhuzamosan felfelé
A lejtőre merőleges erőket fel se írom, azok kiegyenlítik egymást.
A golyó középpontjának a gyorsulása:
(1) `m·a=m·g·sin\ α-F_s`
Gördül, ezért a forgómozgás mozgásegyenletét is fel lehet írni:
`θ·β=F_s·R`
ahol `R` nem azonos `r`-rel, hanem `r^2=R^2+(d/2)^2`, hisz ilyen magasságban (a középponttól ilyen távol) hat a súrlódási erő.
Ha a két sín közepénél lévő függőleges metszetet nézzük, akkor a sín magasságában lévő pont (tehát az `R` távol lévő pont) sebessége nulla, ahhoz képest a gömb középpontja elfordul `β` szöggyorsulással, vagyis a középpont gyorsulása ennyi:
`a=β·R`
és persze
`θ=2/5·m·r^2` a gömb tehetetlenségi nyomatéka
Szóval ez a második egyenlet ilyenné alakul:
(2) `2/5·m·r^2·a/R=F_s·R`
E két egyenletből (illetve háromból, hisz `r^2=R^2+(d/2)^2` is kell) már csak ki kell fejezni a gyorsulást. Rád bízom.
b)
Az előző egyenletrendszerből `F_s` is ki kellett jöjjön.
Viszont nem egyszerűen úgy van, hogy `F_s < µ·m·g·cos\ α`, mert a sínek nem a tömegközépponton átmenő függőleges metszetben vannak.
`F_m=m·g·cos\ α` ebben a metszetben a lejtőre merőleges erő. Ez a bal felső ábrán (ahol a gömb látszik a két sínnel és azok `d` távolságával), szóval ezen az ábrán az `F_m` erőt függőleges kell berajzolni. A középpontból a sínekre menő két erő eredője ez az `F_m`. A háromszögek hasonlóságából fel lehet írni ezt:
`F_1/F_m=R/r`
ugyanígy megy `F_2` is, ahol `F_1` és `F_2` a két sínre ható nyomóerő.
Az egyik sín maximális súrlódási ereje `µ·F_1`, a kettőé együtt:
`F_(smax)=2·µ·F_1=2·µ·F_m·R/r=2µ·R/r·m·g·cos\ α`
`F_s < F_(smax)`
Ebből kijön `µ` minimális értéke.
----------------
Remélem, sehol nem kombináltam túl