Хулахуп или въртенето на обръч около талията е виждал всеки и може би си е задавал някои интересни въпроси:
- "Какво задържа обръча да не падне, противопоставяки се на гравитацията?" и
- "Дали някои типове тела по-подходящи за хулахуп от други?"
Изглежда, че такава забавна и здравословна дейност като хулахуп не е изследвавана дори на базово ниво на физиката.
Екип математици проучи и отговори на тези въпроси с констатации, които показват и нови начини за по-добро оползотворяване на енергията и подобряване на роботизираните позиционери.
Резултатите са първите, които обясняват физиката и математиката на въртенето на обръч.
Изследователите се интересуват по-конкретно какви видове движения и форми на тялото могат успешно да задържат обръча и какви физически изисквания и ограничения има.
За да отговорят на тези въпроси, те възпроизвеждат в миниатюра хулахуп в лабораторията по приложна математика на Нюйоркския университет. Изследователите тестват различни форми и движения в поредица от експерименти върху роботизирани хулахупъри, използвайки 3D-отпечатани тела с различни форми (напр. цилиндър, конус, форма на пясъчен часовник), за да представят човешки форми в умален размер.
Този филм е взет от високоскоростно видео на експериментите с роботизиран хулахупър, чиято форма на пясъчен часовник задържа обръча горе и на място. Кредит: NYU's Applied Mathematics Lab
Тези форми са задвижвани да се въртят от двигател, възпроизвеждайки движенията, които предприемаме, когато правим хулахуп. Върху тези тела са пуснати обръчи с диаметър приблизително 15 см, с високоскоростно видео, заснемащо движенията.
Резултатите показват, че точната форма на въртеливото движение или формата на напречното сечение на тялото (кръг срещу елипса) не е фактор при въртенето на обръч.
Наслагващите се кадри от видеоклиповете показват, че конусовидно тяло не успява да прави хулахуп, но извито тяло успява. Кредит: NYU's Applied Mathematics Lab
Във всички случаи подходящите въртеливи движения на обръча около тялото могат да бъдат настроени без никакви специални усилия.
Но поддържането на обръч противопоставящ се срещу гравитацията за значителен период от време беше по-трудно, изисквайки специален "тип тяло" - да има повърхност като "ханш", за да осигури правилния ъгъл за избутване на обръча и извита форма като "талия", която да задържи обръча на място.
Хората имат много различни типове тяло – някои, които имат тези характеристики на наклон и извивки на ханша и талията си, а други нямат.
Резултатите могат да обяснят защо някои хора са естествени хулахупъри, а други изглежда трябва да работят доста по-усилено.
Тази анимация показва изглед отгоре надолу на въртеливи движения на обръч от компютърна симулация. Кредит: NYU's Applied Mathematics Lab
Авторите на статията са извършили математическо моделиране на тази динамика, за да изведат формули, които обясняват резултатите - изчисления, които могат да се използват за други цели.
Получените знания могат да бъдат полезни като вдъхновение за инженерни иновации, събиране на енергия от вибрации и подобряване на роботизирани позиционери и двигатели, използвани в промишлената обработка и производство, смятат авторите на изследването.
Справка: Xintong Zhu et al, Geometrically modulated contact forces enable hula hoop levitation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2411588121
Източник: How does a hula hoop master gravity? Mathematicians prove that body shape matters, New York University
Още по темата
Физика
Първото колело е изобретено преди 6000 години в Карпатите, сочи инженерно проучване
Технологии
Сбогом на гайките и болтовете: 3D-отпечатани никел-титанови сплави обещават по-здрави конструкции
Медицина
Нов биоматериал възстановява увредения хрущял в ставите
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари