Recentemente mi sono imbattuto nel cosiddetto paradosso meccanico. Tale famoso paradosso consiste in un doppio cono che è in grado di salire lungo un piano inclinato. Ovviamente questo è possibile perché in realtà il baricentro del doppio cono (mentre il doppio cono sale) va via via verso altezze inferiori, cioè scende. Non sono però riuscito ancora a trovare una trattazione matematica rigorosa del fenomeno. Da calcoli approssimati mi risulta che il doppio cono salirebbe quando la pendenza del piano inclinato è minore del prodotto dato dalle tangenti della metà dell'angolo del cono e dalla tangente della metà dell'angolo di apertura delle slitte. Sapreste darmi gli estremi per una trattazione più accurata?
Una trattazione semplice è la seguente.
Assumiamo un sistema di riferimento con X nella direzione del movimento (prossima alla orizzontale), Y ortogonale a X in orizzontale, e Z verticale.
Detta theta la semiapertura al vertice del cono, e detta psi la semiapertura delle rotaie, la distanza y(x) tra i contatti cono-rotaia aumenta con lo spostamento Dx (nella direzione della traslazione dell'asse del cono) della quantità
e di conseguenza il dislivello tra asse del cono e punti di contatto diminuisce della quantità
D'altra parte il punto di contatto lungo le rotaie (inclinate di angolo alfa sulla orizzontale) si alza con lo spostamento Dx della quantità
In conclusione solo se Dz1 < Dz il cono si abbassa quando i punti di contatto cono-rotaie si alzano suggerendo all'occhio inesperto il verificarsi di un fenomeno paradossale (l'apparente "salita" del cono sulle rotaie).
È quindi vero che la condizione limite è