
设物体作圆周运动的轨道是光滑的,物体在最高点时,受到的压力为N1,速度为v1,则mg+N1=mv1²/r①。在最低点时,受到的压力为N2,速度为v2,则N2-mg=mv2²/r②。②-①得:N2-N1-2mg=m(v2²-v1²)/r,即N2-N1=2mg+m(v2²-v1²)/r③。物体的机械能守恒,则mv2²/2=mv1²/2+2mgr,即(v2²-v1²)m/2=2mgr,(v2²-v1²)m=4
mgr④,④带入③得:N2-N1=6mg。所以圆周运动的最高点与最低点的压力相差为6mg。
取运动过程中微小圆弧分析,在极短时间内,可视杆中张力不做功。由功能原理知,重力做的功即等于杆与小球(与地球)所构成系统的机械能变化量。
取杆所在最低点处的水平面为零势能面。记小球质量为m,最低点入射速度为V1,杆长为R,最高点速度为V2,最低点张力为F1,最高点为F2。F2的指向取决于入射速度V1。考虑F2=0的临界情况则有:F1-mg=mV1^2/R
1/2mV1^2=1/2mV2^2+2mgR
mg=mV2^2/R