呼啦圈如何控制重力?数学家证明形状很重要

呼啦圈运动如此普遍,以至于我们可能会忽略它提出的一些有趣问题:“是什么让呼啦圈抵抗重力?”和“某些体型比其他体型更适合呼啦圈吗?” 一个数学家团队探索并回答了这些问题,他们的发现也指出了更好地利用能量和 […] 文章呼啦圈如何控制重力?数学家证明形状很重要首先出现在《科学探究者》上。

来源:Scientific Inquirer

呼啦圈运动如此普遍,以至于我们可能忽略了它所提出的一些有趣问题:“是什么让呼啦圈抵抗重力?”和“某些体型的人是否比其他体型更适合玩呼啦圈?” 一个数学家团队探索并回答了这些问题,他们的发现还指出了更好地利用能量和改进机器人定位器的新方法。

这些结果首次解释了呼啦圈的物理和数学原理。

“我们特别感兴趣的是什么样的身体动作和形状可以成功地将呼啦圈举起来,以及涉及哪些身体要求和限制,”纽约大学 Courant 数学科学研究所副教授、该论文的资深作者 Leif Ristroph 解释说,该论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

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为了回答这些问题,研究人员在纽约大学应用数学实验室中复制了微型呼啦圈运动。他们在机器人呼啦圈上进行了一系列实验,测试了不同的形状和动作,使用不同形状(例如圆柱体、圆锥体、沙漏形)的 3D 打印身体来代表十分之一大小的人体形态。这些形状由电机驱动旋转,复制我们呼啦圈时的动作。直径约 6 英寸的呼啦圈被放在这些身体上,高速视频捕捉动作。

结果表明,旋转运动的确切形式或身体的横截面形状(圆形与椭圆形)不是呼啦圈运动的因素。

成功玩呼啦圈需要身体具有正确的斜率和曲率。图片来源:纽约大学应用数学实验室。
成功玩呼啦圈需要身体具有正确的斜率和曲率。图片来源:纽约大学应用数学实验室。

“在所有情况下,呼啦圈在身体周围良好的旋转动作都可以不费吹灰之力完成,”Ristroph 解释道。

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