Решение на момент правки #15684 от , автор astrosander. Это не текущая версия.

Условие

2.4.18. Обруч, раскрученный в вертикальной плоскости и посланный по полу рукой гимнастки, через несколько секунд сам возвращается к ней. Объясните это явление. Определите коэффициент трения между обручем и полом, если начальная скорость центра обруча равна , а расстояние, на которое откатывается обруч, равно .

К задаче $2.4.18$
К задаче

Решение

Плоское движение обруча состоит из поступательногр движения центра масс с линейной скоростью и вращения обруча вокруг центра масс с угловой скоростью .

Общая кинетическая энергия обруча суммируется из двух частей:

где — момент инерции обруча относительно центра масс.

Сила трения вызывает равноускоренное поступательное движение обруча с замедлением. Линейная скорость центра масс будет уменьшаться со временем и в какой-то момент станет равной нулю. После этого, если вращение продолжится, сила трения изменит направление, и обруч начнет двигаться в противоположную сторону.

Запишем теорему об изменении кинетической энергии, учитывая работу силы трения :

Из этого уравнения можно найти коэффициент трения :

Ответ

Альтернативное решение

В решении выше не до конца объясняется суть феномена - почему вообще обруч возвращается назад?

Ниже объяснение этого эффекта: