自20世纪50年代以来，呼啦圈一直是美国现代文化的重要组成部分，但世界各地的人们在数千年来一直参与类似的活动。然而，维持完美旋转背后的物理学仍然是一个谜。这是否是任何人通过足够的时间和努力都能实现的，还是我们中间有天生的呼啦圈高手？研究人员最近使用一种特制的、旋转的机器人来研究这些动力学——他们的发现首次提供了对完美旋转的见解。
纽约大学应用数学实验室的一个团队在周一发表于《美国国家科学院院刊》的研究中写道：“看似简单的玩具和游戏常常涉及令人惊讶的精妙物理学和数学。呼啦圈涉及到这些问题以及与身体表面滚动接触点相关的其他问题，而身体表面本身通过旋转运动被驱动，其几何形状预计会强烈影响呼啦圈的动力学。”
“我们很惊讶，像呼啦圈这样流行、有趣又健康的活动，即使在基本的物理学层面也没有被理解，”纽约大学数学副教授、资深研究作者Leif Ristroph 周四在随附的声明中说。
为了了解各种体型如何影响呼啦圈，Ristroph和他的团队将多个3D打印模型放置在一个机器人旋转器上，这些模型形状像灯泡、沙漏、矩形和其他形状，尺寸大约是人体大小的十分之一。然后，他们将六英寸宽的呼啦圈套在这些模型上，并使用高速视频记录它们的表现。在分析结果后，研究人员发现，他们的所有“体型”模型都能轻松地让呼啦圈转起来。
Ristroph说：“在所有情况下，都能毫不费力地在身体周围建立起良好的呼啦圈旋转运动。”
然而，让呼啦圈持续转动是另一回事。为了长时间保持旋转，更弯曲的身体通常是关键。更具体地说，一种包含倾斜的“臀部”以允许推呼啦圈的角度，以及足够的“腰部”以抵抗重力拉力来支撑呼啦圈的体型。
Ristroph解释说：“人们的体型各不相同——有些人臀部和腰部具有这些斜度和曲度特征，而有些人则没有。我们的研究结果可能解释了为什么有些人是天生的呼啦圈高手，而有些人似乎需要付出额外的努力。”
然而，这项实验的结果远远超出了操场上的消遣策略。Ristroph和他的团队认为，呼啦圈复杂的、微妙的数学和物理相互作用可以启发工程项目，特别是用于工业加工和制造业的机器人。
