\[ \alpha = \frac{1}{4} \]
$1/2$ от того, что только половина бутылки заполнена и $1/2$ от того, что тело равномерной плотности.
\[ L = I \dot{\theta} = \int \int \rho H r^2 v_\tau \cdot dr \cdot d\varphi = \int \int \rho H R^3 \frac{r^3}{R^3} \dot{\theta} \frac{v_\tau}{v_0} \cdot dr \cdot d\varphi, \]
где $r$ — растояние от центра бутылки до трека, $\varphi$ — угол между горизонаталью и радиус-вектором начала трека, $R$ — радиус бутылки, $v_\tau$ — тангенциальная составляющая скорости жидкости, $v_0$ — скорость поверхности жидкости около края бутылки.
Тогда
\[ L = \pi \rho L R^2 \dot{\theta} \int \int \frac{r^3}{R^3} \frac{v_\tau}{v_0} \cdot d\frac{r}{R} \cdot d\frac{\varphi}{\pi} \]
Таким образом:
\[ \alpha = \left\langle \frac{r^3}{R^3} \cdot \frac{v_\tau}{v_0} \right\rangle, \]
при условии, что точки равномерно распределены по плоскости $(r, \varphi)$.
В итоге мы получили $\alpha = 0.17$, теоретическое значение $\alpha_\text{theory} = 0.16$. Если при численном интегрировании 2-мерной функции не было проверено распределение точек, то значение $\alpha$ обычно завышается. Например, если не учесть точки при $r/R \approx 0.1-0.2$, то $\alpha$ получается около $0.25$.
\[ \omega_0 = 2\pi \cdot 2.8 ~\text{Гц} = 18~1/\text{с}, \quad 1/\zeta = 1/22 \]
Угловая частота колебаний физического маятника:
\[ \omega_0^2 = \frac{mga}{I}, \]
где $a$ — расстояние от центра масс до точки подвеса, $I$ — момент инерции. Для полукруга $a = \dfrac{4}{3\pi} R$, соотвественно тогда
\[ \omega_0 = 1.2 \sqrt{g/R} = \sqrt{\frac{2}{3\pi \alpha}} \sqrt{g/R}, \]
откуда $\alpha = 0.18$.
\[
\begin{cases}
M \ddot{x} + m \ddot{x} + ma \ddot{\theta} = F \\
MR \ddot{x} = -FR
\end{cases} \quad \Rightarrow \quad
2 M \ddot{x} + m \left( \ddot{x} + a \ddot{\theta} \right) = 0
\]
\[ I_0 \ddot{\theta} = -mga^2 \theta - ma \ddot{x} \]
\[ 1/\Omega^2 = \frac{a}{g} \left( \frac{I_0}{ma^2} - \frac{m}{2M+m}\right) \]
\[
\begin{cases}
\theta = A \sin\left( \Omega t + \phi_0\right) \\
x = -A \dfrac{ma}{2M + m} \sin \left( \Omega t + \phi_0\right)+ B t
\end{cases}
\]
\[ I_0 \frac{\dot{\theta}_0}{2} = \left( m + M \right) \frac{v_0^2}{2} \]
\[ \gamma = \frac{ma}{2M+m}\sqrt{\eta \frac{m+M}{I_0}}=\frac{4}{3\pi} \cdot \frac{m}{2M+m} \sqrt{\eta} \sqrt{\frac{m+M}{2\alpha m}} \]
\[ \Omega_\text{theory} = 19.8~1/\text{с} \quad \Omega = 20.1~1/\text{с} \]
\[ \eta = 71\% \]