Le manipulation de cerceau est une discipline de gymnastique artistique. Les athlètes utilisent un cerceau en bois ou en plastique d'un diamètre intérieur de 80 à 90 cm, dont la section transversale peut être ronde, ovale, etc., et d'un poids d'au moins 300 g. Les performances de manipulation de cerceau sont composées de mouvements tels que le roulement, la rotation, le parcours en forme de huit, le tour d'anneau, le lancer-réception, la rotation et le passage à travers l'anneau. Dans les performances de manipulation de cerceau, nous observons souvent un phénomène intéressant : lorsque les athlètes lancent le cerceau dans leurs mains, celui-ci peut se déplacer vers l'avant sur le sol avant de revenir automatiquement dans les mains des athlètes. Pourquoi cela se produit-il ?
Lors de l'étude du mouvement des objets, les physiciens simplifient souvent les objets réels en un modèle idéal pour les analyser. Par exemple, ils considèrent uniquement la masse de l'objet, sans tenir compte de sa forme ou de sa taille, en le traitant comme un « point » ; ou ils ignorent les changements infimes de forme de l'objet pendant son mouvement, en le considérant comme un « corps rigide » dont la forme reste constante. Le cerceau dans la manipulation de cerceau peut être considéré comme un corps rigide, et le mouvement du cerceau après son lancer peut être décomposé en un mouvement translationnel du centre de masse (centre du cerceau) et une rotation autour de celui-ci.
Au moment où l'athlète lance le cerceau dans ses mains (en supposant qu'il le lance vers la gauche), elle lui donne non seulement une vitesse initiale vers la gauche, mais aussi une rotation dans le sens horaire, c'est-à-dire une vitesse angulaire initiale. Après avoir été lancé, le cerceau glisse vers la gauche sur le sol et tourne dans le sens horaire. À ce moment, il subit une force de frottement de glissement vers la droite. Comme la direction de la force de frottement est opposée à celle de la vitesse initiale, le centre de masse du cerceau ralentit vers la gauche, tandis que sa rotation autour du centre de masse ralentit également. Le fait que le cerceau retourne avec succès dans les mains de l'athlète, ainsi que le moment et l'endroit où il commence à revenir, dépendent de la vitesse initiale, de la vitesse angulaire initiale et de ces deux ralentissements. Trois scénarios sont possibles. Dans le premier scénario, pendant que le cerceau roulle vers la gauche et glisse, la vitesse angulaire de rotation autour du centre de masse diminue d'abord à zéro, tandis que la vitesse du centre de masse vers la gauche n'a pas encore diminué à zéro. Dans ce cas, le cerceau continuera de se déplacer vers la gauche. Dans le deuxième scénario, lorsque la vitesse angulaire de rotation autour du centre de masse diminue à zéro, la vitesse du centre de masse vers la gauche diminue également à zéro, et le cerceau s'arrêtera. Dans le troisième scénario, lorsque la vitesse du centre de masse vers la gauche diminue d'abord à zéro, tandis que la vitesse angulaire de rotation autour du centre de masse n'a pas encore diminué à zéro, le cerceau, sous l'effet de la force de frottement de glissement, accélérera vers la droite en sens inverse, et pourra ainsi retourner dans les mains de l'athlète.