実際に,球を斜面上で転がせると,なかなかまっすぐには転がらず苦労するだろう。
そのときは,右図のような浅く広い溝の中を転がらせるようにすればよい。
この場合,斜面上で静止していた球が,高さ だけ滑らずに落下したときの速度
は,力学的エネルギーの保存則,
(注)右辺第2項は回転の運動エネルギー
より,
になる。
これは,回転を無視したときの値 の85%程度になる。
断面がゆるく湾曲した斜面のかわりに,コの字型のレールもよく使われる。
球の半径を ,溝の幅を
とすると,摩擦力によるトルクを考える際の腕の長さは,
となる。
運動方程式
,
および,滑らないという条件 から,前と同様に,加速度は
となる。
慣性モーメント は,球の半径
を使って,
であるから,
となる。
であるから,この加速度は平面を転がる場合よりも小さくなる。
特に,すなわち
のときは加速度が0になる。これは球を平行な板で挟んだ場合に相当する。
この場合も力学的エネルギーは保存するので(証明はこちら),静止状態から だけ下がったときの速度は,
より,
となる。これは, よりさらに小さくなる。
微小時間 の間のエネルギー変化を考える。
この間に物体は斜面に沿って だけ進み,高さは
だけ下がったとすると,
,
,
などの関係がある。
すると運動エネルギーの変化は次のように書ける。
したがって,力学的エネルギーが保存することがわかる。