Bagaimana hula-hoop mengendalikan gravitasi? Matematikawan menunjukkan bahwa bentuk tubuh itu penting

Hula Hoop sangat umum sehingga kita dapat mengabaikan beberapa pertanyaan menarik yang muncul: “Apa yang membuat Hula Hoop melawan gravitasi?” dan “Apakah beberapa tipe tubuh lebih baik untuk hula hooping dibandingkan yang lain?” Sebuah tim matematikawan mengeksplorasi dan menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dengan temuan yang juga menunjukkan cara-cara baru untuk memanfaatkan energi dengan lebih baik dan meningkatkan pengatur posisi robot.

Hasilnya adalah yang pertama menjelaskan fisika dan matematika hula hoop.

“Kami secara khusus tertarik pada jenis gerakan dan bentuk tubuh apa yang dapat berhasil menahan ring dan persyaratan fisik serta batasan apa yang terlibat,” jelas Leif Ristroph, profesor di Courant Institute of Mathematical Sciences di New York University dan penulis utama makalah tersebut. yang muncul di dalamnya Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, para peneliti mereplikasi, dalam bentuk mini, hula hoop di Laboratorium Matematika Terapan Universitas New York. Mereka menguji berbagai bentuk dan gerakan dalam serangkaian eksperimen robot hula-hooping menggunakan benda cetakan 3D dengan berbagai bentuk (misalnya silinder, kerucut, bentuk jam pasir) untuk mewakili bentuk manusia yang ukurannya sepersepuluh.

Bentuk-bentuk ini digerakkan untuk diputar oleh motor, meniru gerakan yang kita lakukan saat berlatih hula hoop. Lingkaran berdiameter sekitar 6 inci dijatuhkan ke tubuh ini, dengan video berkecepatan tinggi menangkap gerakannya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa bentuk gerakan berputar yang tepat atau bentuk penampang tubuh (lingkaran versus elips) tidak menjadi faktor dalam hula hoop.

“Dalam semua kasus, gerakan memutar lingkaran yang baik di sekitar tubuh dapat dicapai tanpa usaha khusus,” jelas Ristroph.

Namun, menjaga lingkaran tetap tinggi melawan gravitasi untuk jangka waktu yang lama lebih sulit, karena memerlukan “tipe tubuh” khusus: yang memiliki permukaan miring seperti “pinggul” untuk memberikan sudut yang tepat untuk mendorong lingkaran ke atas dan bentuk melengkung seperti “pinggang” untuk menjaga kawat bagian bawah tetap pada tempatnya.

“Orang mempunyai tipe tubuh yang berbeda-beda: ada yang memiliki ciri kemiringan dan kelengkungan di pinggul dan pinggang, ada pula yang tidak,” catat Ristroph. “Hasil kami dapat menjelaskan mengapa beberapa orang secara alami amatir dan yang lain tampaknya harus bekerja lebih keras.”

Penulis artikel melakukan model matematika dinamika ini untuk mendapatkan rumus yang menjelaskan hasil, perhitungan yang dapat digunakan untuk tujuan lain.

“Kami terkejut bahwa aktivitas sepopuler, menyenangkan, dan menyehatkan seperti hula hoop tidak dipahami bahkan pada tingkat fisika dasar,” kata Ristroph.

“Seiring kemajuan kami dalam penelitian, kami menyadari bahwa matematika dan fisika yang terlibat sangatlah halus, dan bahwa pengetahuan yang diperoleh dapat berguna dalam menginspirasi inovasi teknik, memanen energi dari getaran, dan meningkatkan pengatur posisi dan motor robotik. manufaktur.”

Penulis makalah lainnya adalah Olivia Pomerenk, seorang mahasiswa doktoral di Universitas New York, dan Xintong Zhu, seorang mahasiswa sarjana di Universitas New York pada saat penelitian dilakukan.