Удивительное движение обруча, известного как хулахуп, кажется простым и интуитивным, но за ним скрывается сложная физика. Свидетельства о кручении обручей, похожих на хулахуп, восходят к 500 году до нашей эры, однако, несмотря на долгую историю, научное изучение этого явления долгое время оставалось в стороне. Только недавно, с появлением новых технологий, исследователи смогли углубиться в изучение механики вращения хулахупа, особенно в трехмерном измерении.
Интерес к этой проблеме проявили в лаборатории Нью-Йоркского университета. Чтобы разобраться с физикой хулахупа, команда под руководством Лифа Ристрофа, прикладного математика и физика-экспериментатора, и Оливии Померенке, докторанта по математике, создали миниатюрных роботов. Эти 3D-печатные роботы высотой около 17 сантиметров, имели различные формы: цилиндры, конусы и песочные часы. Наблюдая за их взаимодействием с обручем шириной примерно 15 сантиметров, ученые смогли выявить ключевые факторы, влияющие на стабильное вращение.
Одним из важных условий успешного вращения является начальная скорость обруча, а также направление движения тела. Центробежная сила и трение между обручем и телом играют ключевую роль, помогая ему не падать. Но, как оказалось, форма тела также имеет немаловажное значение. Как объясняет Лейф Ристроф, для эффективного вращения необходимо наличие «бедер», создающих правильный угол для подталкивания обруча вверх, а также «талии» с изгибами, которые удерживают обруч на месте. Использование роботов с разными формами позволило подтвердить этот принцип.
Исследования Оливии Померенке показали, что, несмотря на кажущуюся простоту хулахупа, его физика до сих пор была недостаточно изучена. По её словам, лаборатория всегда интересовалась необычными и, на первый взгляд, простыми системами. Эти исследования, которые были опубликованы в 2024 году в журнале PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), не только раскрывают механику вращения обруча, но также имеют потенциал для применения в различных областях.
Использование принципов вращения хулахупа может пригодиться в робототехнике, где необходимо перемещать или удерживать объекты, не используя традиционный захват. Это открывает путь для создания роботов, способных поднимать и опускать предметы контролируемым образом. Кроме того, эти исследования могут быть использованы для разработки технологий сбора энергии из вибраций. Исследователи также считают, что их работа поможет в преобразовании одного типа движения в другой.
Ключевой вывод исследования заключался в том, что форма тела, а именно наличие выраженных «бедер» и «талии», существенно влияет на стабильность вращения обруча. Но Лиф Ристроф подчеркнул, что результаты исследования ни в коем случае не должны означать, что кто-либо не сможет крутить хулахуп из-за особенностей своей фигуры.
Таким образом, эта работа показывает, что даже в самых обыденных вещах могут скрываться сложные научные принципы. Изучение хулахупа, оказывается, не только увлекательное занятие, но и путь к созданию новых технологий в области робототехники и энергетике. От древних игр до роботов будущего – путь, который показывают исследования, которые, к тому же, связаны с такими известными загадками как способность самолета выполнять бочку, создание бесконечного отражения между зеркалами и устойчивость песочных замков.
Изображение носит иллюстративный характер
Интерес к этой проблеме проявили в лаборатории Нью-Йоркского университета. Чтобы разобраться с физикой хулахупа, команда под руководством Лифа Ристрофа, прикладного математика и физика-экспериментатора, и Оливии Померенке, докторанта по математике, создали миниатюрных роботов. Эти 3D-печатные роботы высотой около 17 сантиметров, имели различные формы: цилиндры, конусы и песочные часы. Наблюдая за их взаимодействием с обручем шириной примерно 15 сантиметров, ученые смогли выявить ключевые факторы, влияющие на стабильное вращение.
Одним из важных условий успешного вращения является начальная скорость обруча, а также направление движения тела. Центробежная сила и трение между обручем и телом играют ключевую роль, помогая ему не падать. Но, как оказалось, форма тела также имеет немаловажное значение. Как объясняет Лейф Ристроф, для эффективного вращения необходимо наличие «бедер», создающих правильный угол для подталкивания обруча вверх, а также «талии» с изгибами, которые удерживают обруч на месте. Использование роботов с разными формами позволило подтвердить этот принцип.
Исследования Оливии Померенке показали, что, несмотря на кажущуюся простоту хулахупа, его физика до сих пор была недостаточно изучена. По её словам, лаборатория всегда интересовалась необычными и, на первый взгляд, простыми системами. Эти исследования, которые были опубликованы в 2024 году в журнале PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), не только раскрывают механику вращения обруча, но также имеют потенциал для применения в различных областях.
Использование принципов вращения хулахупа может пригодиться в робототехнике, где необходимо перемещать или удерживать объекты, не используя традиционный захват. Это открывает путь для создания роботов, способных поднимать и опускать предметы контролируемым образом. Кроме того, эти исследования могут быть использованы для разработки технологий сбора энергии из вибраций. Исследователи также считают, что их работа поможет в преобразовании одного типа движения в другой.
Ключевой вывод исследования заключался в том, что форма тела, а именно наличие выраженных «бедер» и «талии», существенно влияет на стабильность вращения обруча. Но Лиф Ристроф подчеркнул, что результаты исследования ни в коем случае не должны означать, что кто-либо не сможет крутить хулахуп из-за особенностей своей фигуры.
Таким образом, эта работа показывает, что даже в самых обыденных вещах могут скрываться сложные научные принципы. Изучение хулахупа, оказывается, не только увлекательное занятие, но и путь к созданию новых технологий в области робототехники и энергетике. От древних игр до роботов будущего – путь, который показывают исследования, которые, к тому же, связаны с такими известными загадками как способность самолета выполнять бочку, создание бесконечного отражения между зеркалами и устойчивость песочных замков.
