Вращающееся на столе кольцо оказалось сродни бумерангу

Физики из Университета Калифорнии и Технологического университета Шарифа (Иран) выяснили, что кольцо, закрученное на столе, движется как бумеранг, в отличии от траектории движения вращающейся монетки. Причиной этого, как считают авторы, оказалось движение воздуха вокруг тела. Исследование опубликовано в журнале Physical Review E (препринт), кратко о нем рассказывает Physics.

Авторы работы обратили внимание, что кольцо, раскрученное на столе, перемещается в направлении собственного вращения лишь поначалу, после чего оно меняет направление вращения на противоположное. Для монетки, по сути отличающейся от кольца только отсутствием отверстия посередине, такого не наблюдается. Физики сделали ускоренную съемку движения вращающегося кольца для того, чтобы выяснить какой механизм может лежать в основе наблюдаемого явления.

Главной силой, управляющей направлением движения вращающегося предмета является сила трения. Как известно, эта сила сопротивляется существующему движению объекта, например, его вращению. В точке касания с поверхностью стола монетка или кольцо пытаются продолжить вращение вокруг собственной оси, поэтому сила трения толкает объект вперед (если бы силы трения не было, монетка просто вращалась бы на месте). Но кроме того, под монеткой находится небольшое количество «запертого» воздуха, который может выходить только сбоку. У кольца, благодаря отверстию посередине, такой проблемы не наблюдается. Физики указали, что именно поток воздуха через центр «переключает» силу трения и изменяет направление движения.

Ученые предполагают, что учет таких аэродинамических эффектов может помочь в создании объектов, способных сложным образом изменять свое направление движения. Физики отмечают, что это новый пример совместного действия аэродинамических сил и трения, приводящего к изменению траектории тела. Другими известными примерами являются движения фрисби, бумерангов и «крученого» футбольного мяча.

Владимир Королёв