长L=0.4m、质量可以忽略的细杆,其一端固定于O点,另一端连接着一个质量m=2kg的小球A,A绕O点做圆周运动
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由牛顿第三定律,知:

小球对细杆的弹力与细杆对小球的弹力大小相等,方向相反.

由牛顿第二定律,知:

小球的向心力(细杆对小球的弹力与小球重力的合力)等于小球质量与加速度的乘积.

(1) 杆恰好不受力

即小球对细杆的弹力为零,亦即细杆对小球的弹力为零

向心力仅由重力提供

m·g=m·v^2/L

v=sqrt(g·L)=sqrt[(9.8 m/s^2)·(0.4 m)]=1.98 m/s

(2)杆的弹力为16N

a. 当细杆对小球的弹力方向向上时,其与重力方向相反,故合力(向心力)应比重力小

m·g-T=m·v^2/L

v=sqrt[(g-T/m)·L]=sqrt[(9.8 m/s^2-16 N/2 kg)·(0.4 m)]=0.85 m/s

b. 当细杆对小球的弹力方向向下时,其与重力方向相同,故合力(向心力)应比重力大

m·g+T=m·v^2/L

v=sqrt[(g+T/m)·L]=sqrt[(9.8 m/s^2+16 N/2 kg)·(0.4 m)]=2.67 m/s

注:

1. x^2表示x的平方;

2. sqrt(x)表示x的算术平方根.