Posizionare sul piano inclinato il carrellino quindi collegare attraverso un filo passante per una carrucola il carrellino a un peso. L’esperimento dimostra che il carrello rimane in equilibrio sul piano inclinato in quanto la resistenza posta dal peso applicato alla carrucola gli impedisce di cambiare posizione. Infatti, la carrucola è in grado di cambiare la direzione della forza peso del pesetto che trascurando gli attriti è interamente trasferita alla tensione del filo. Ciò vuol dire, facendo riferimento alla figura, che la componente parallela della forza peso del carrello $P_x$ è equilibrata dalla forza peso $F$.

Gli obiettivi che ci prefiggiamo in questa esperienza sono:

1. Studiare l’equilibrio di un corpo su di un piano inclinato, trascurando l’attrito;
2. Determinare l’intensità della forza equilibrante che serve per mantenere in equilibrio il corpo sul piano inclinato.

L’esperimento si collega al seguente principio (condizione di equilibrio traslazionale): “Un corpo è in condizione di equilibrio quando la risultante di tutte le forze che agiscono sul corpo è nulla“. La regola fa riferimento al sottostante schema.

La figura mostra la relazione d'equilibrio per il piano inclinato. Immagine da INFtub

Per le considerazioni precedenti possiamo scrivere $$P_x=F$$ dove $$ \begin{cases} P_x=m_cg\frac{h}{l}\\ F=m_pg\\ \sin\theta=\frac{h}{l} \end{cases} $$ in cui $g$ è l'accelerazione di gravità, $m_p$ e $m_c$ sono rispettivamente la massa del peso e del carrello, infine $h$ e $l$ sono l'altezza e la lunghezza della guida. La condizione dell'equilibrio è quindi $$ m_c\frac{h}{l}=m_p.$$ Quindi se il piano inclinato forma un angolo $\theta$ rispetto all'orizzontale tale che $$\sin\theta=\frac{m_p}{m_c}$$ il sistema è in equilibrio.