Sto costruendo una pista per le macchinine e voglio ridimensionare il più possibile il primo pezzo. Allora la pista comincia con un piano inclinato; io appoggio la mia macchinina, quindi nel punto iniziale A la macchinina avrà velocità 0. Quando la rilascio il gioco parte e la macchinina inizia a scendere dal piano inclinato a B. Questo piano inclinato presenta un certo coefficiente di attrito dinamico μ_d, e poi la macchina procede in questo tratto orizzontale, che invece è liscio, fino ad arrivare ad una molla. Perché una molla? Perché la macchinina non ha i freni e a un certo punto si deve fermare e poi tornare indietro per andare in un altro punto della pista. Quindi voglio dimensionare questa molla in modo che si comprima il più possibile per fermare la macchina, rendere la sua velocità nulla e poi spingerla dall'altra parte. Mi aiuto calcolando l'energie. L'energia la calcolerò nel punto iniziale A e nel punto C, in cui è già stata compressa; quindi, in questa situazione qui, dove la molla è stata compressa di un tratto Δl massimo. In questo punto di compressione massima la velocità sarà nulla. Allora, vado a scrivere l'energia meccanica nel punto iniziale, cioè nel punto A, e l'energia meccanica nel punto finale, cioè nel punto C. Entrambe saranno date da un termine cinetico e da un termine potenziale. Per quanto riguarda il termine cinetico, abbiamo detto che la macchinina parte ferma e arriva ferma, quindi avrò due 0. Per quanto riguarda il termine potenziale, nel punto A avrò un potenziale che è dovuto al fatto che la macchina si trova ad una quota h. Quindi ho un'energia potenziale dovuta alla forza peso, mgh. Nel punto C, invece, sono nel piano e quindi non avrò un'energia potenziale dovuta alla quota, ma avrò un'energia potenziale dovuta al fatto che la molla è compressa di un certo tratto; quindi sarà pari a (1/2)K, che è la costante elastica della molla, per il tratto Δl_max, di cui è compressa, al quadrato. Ora, però, non posso uguagliare queste due energie sfruttando la conservazione dell'energia meccanica, perché su un tratto del mio percorso totale AC c'è dell'attrito dinamico e il tratto AB. L'attrito è una forza non conservativa, per cui ne devo sicuramente calcolare il lavoro. Quindi, il lavoro della forza non conservativa, in questo caso della forza di attrito, sarà, per la definizione generale, uguale all'integrale della forza, proiettata lungo la direzione tangenziale, per lo spostamento infinitesimo dl calcolato lungo il tratto in cui c'è attrito, quindi solo il tratto obliquo, per cui A e B. Questa forza da andare a proiettare è la forza di attrito dinamico. La forza di attrito dinamico è pari a μ_d R_N. Allora, in questo caso, la reazione vincolare è fatta così, mentre la forza peso è verticale. Se io prendo un sistema di riferimento orientato in questo modo, vedo che lungo y ho solo la componente della forza peso. Di conseguenza avrò μ_d mg cosθ. Ho adesso un'espressione da andare a mettere qua dentro, per cui scriviamo che il lavoro della forza d'attrito è uguale alla forza d'attrito, quindi μ_d mgcosθ. Questa forza d'attrito devo andare a scomporla lungo la direzione tangenziale, ma sarà opposta, quindi andrà da questa parte, rispetto a questa parte. Quindi avrò un meno in dL e questo tra A e B. Di conseguenza avrò -μ_d mgcosθ per il segmento AB. Il segmento AB non lo conosco, ma lo posso legare alla quota h e all'angolo θ. Quindi avrò -μ_d mgcosθ(h/sinθ.), Posso andare a scrivere che quindi la variazione dell'energia meccanica è uguale al lavoro delle forze non conservative. Di conseguenza avrò che il mio punto finale C, quindi (1/2)KΔl²_max-mgh, energia meccanica iniziale, uguale a -μ_d cosθ(h/sinθ). Quindi, l'unica incognita è il ΔL_max, che posso andare a ricavare. Quindi ΔL_max sarà uguale a 2mgh*(1-μ_d fratto la tangente dell'angolo θ, il tutto diviso per K sotto radice. Allora vedo che questa espressione abbastanza complessa dipende da un sacco di fattori. Quindi, per dimensionare la compressione massima della molla, non posso trascurare nulla. Qui dentro, infatti, ho informazioni, quindi la massa, dovute a come è fatta la macchina; informazioni su come è fatta la molla, c'è il K e informazioni su come è fatta la pista, cioè l'altezza e il coefficiente di attrito, nonché l'angolo.