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Caja colocada sobre carro en plano inclinado

Consideremos el siguiente problema.

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¿Por qué es erróneo el siguiente planteamiento para la caja A? $$Mg\sin{30°} - N\sin{30°} = Ma$$ Resolviendo esto se obtiene $$N = 58.1 \rm\space N$$ que es diferente de la respuesta dada. ¿No es la principio/concepto aquí lo mismo en los dos enfoques: ¿obtener las fuerzas en la misma dirección que la aceleración?

Además, ¿por qué la aceleración de la caja es sólo vertical y no sólo $a$ ? Creo que este puede ser el motivo de que mi planteamiento para la primera parte sea erróneo.

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Bhavya Sharma Puntos 13

Consideremos primero las cosas que le pasarán a la caja :

Observación 1 - El carro se moverá hacia abajo junto con la caja.

Observación 2 - La caja se moverá hacia atrás a lo largo del carro liso paralelo al suelo. Sobre la caja actuará una pseudofuerza. Este caso es casi como un ascensor moviéndose hacia abajo.

Observación 3 - No se trata de un caso de caída libre. El sistema no sale del reposo, sino que recibe una aceleración de $2\frac{m}{s^2}$ .

Enfoque 1 :

El carro que acelera es un marco no inercial, por lo tanto, habrá una pseudofuerza actuando sobre la caja cuya dirección será exactamente opuesta a la dirección de aceleración del carro. Dado que el observador (tú) está sentado en el carro (el marco no inercial), la caja no se moverá hacia abajo con respecto a ti, es decir, verás la caja en reposo. Esta es una observación práctica de que la caja no se moverá hacia abajo (es decir, hacia el cajón), de acuerdo con la segunda ley del movimiento de Newton,

$ma\sin{30^{\circ}}+N=mg$

$N=88.1 N$

Mediante esta ecuación, equilibramos las fuerzas que actúan sobre la caja en dirección vertical para satisfacer la observación práctica de que la caja no se moverá hacia abajo con respecto a nosotros (sentados en un marco no inercial).

Enfoque 2 :

Ahora bien, si descomponemos los componentes de la fuerza normal y del peso del cuerpo a lo largo de la dirección de aceleración y los igualamos a $ma$ Entonces esto significaría que a lo largo de la dirección en la que has dividido los componentes, la caja estará inmóvil respecto a ti porque has igualado estas fuerzas y las has anulado. pero la caja en realidad se mueve hacia ti (si estás sentado hacia el plano inclinado, de cara a la caja).

Esto sólo ocurriría si hubiera una componente de aceleración a lo largo de la línea que te une a ti y a la caja.

Pero al igualar las fuerzas, las has anulado todas, sin dejar ningún componente a lo largo de la línea que te une a ti y a la caja.

Y hay otros dos componentes, $mg\sin{60}$ y $N\sin{60}$ y no está seguro de cuál es mayor. Pero de lo que puedes estar seguro es de que la caja no se moverá hacia abajo en relación contigo.

Conclusión :

Aunque parece correcto, no tenemos ninguna prueba de que se obtendrá el valor correcto de N por Aproximación 2 y aparentemente da la respuesta incorrecta.

Pero sabemos con certeza que la caja no se moverá hacia abajo con respecto al carro. Por lo tanto, es obvio que para que esto ocurra todas las fuerzas en la dirección vertical deben dar una resultante neta de cero.

Espero que esto te dé una razón razonable de por qué tu método da una respuesta errónea.

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Phob Puntos 588

La razón por la que tu respuesta es incorrecta es que estás asumiendo que la aceleración de la caja es la misma que la del carro. En el $y$ ambas aceleraciones son iguales, pero no hay fuerza sobre la caja en la dirección $x$ dirección, por lo que tiene aceleración cero en esa dirección, por lo que sólo se mueve hacia abajo mientras el carro se mueve hacia la derecha y hacia abajo.

Por tanto, la aceleración total de la caja no es la misma aceleración que la del carro, por lo que tus ecuaciones son erróneas.

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