Het zou wel eens te maken kunnen hebben met de unieke vorm van jouw lichaam.
Misschien heb je het als kind wel eindeloos gedaan: hoelahoepen. Of misschien is het nog steeds een vast onderdeel van je fitnessroutine. Als je ooit hebt geprobeerd een hoepel rond je middel te laten draaien, dan weet je dat het makkelijker gezegd is dan gedaan. Het kost flink wat moeite om die hoepel in beweging te houden en te voorkomen dat hij valt. Hoelahoepen is zo alledaags, dat we enkele interessante vragen die het oproept misschien over het hoofd zien. Want wat zorgt er eigenlijk voor dat de hoepel tegen de zwaartekracht in blijft draaien? En zijn er bepaalde lichaamstypes die beter geschikt zijn dan andere?
Prangende vragen
In een nieuwe studie, die verschijnt in het vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences, heeft een team van wiskundigen zich over deze prangende vragen ontfermd. “We waren verrast dat een activiteit die zo populair, leuk en gezond is als hoelahoepen nog niet eens op het meest basale niveau van natuurkunde begrepen werd”, zegt Leif Ristroph, onderzoeker aan de New York University. “We waren vooral benieuwd naar welke lichaamsbewegingen en -vormen de hoepel in de lucht kunnen houden en wat voor fysieke eisen en beperkingen daarbij komen kijken.”
Studie
Om deze vragen te beantwoorden, brachten de onderzoekers het hoelahoepen op kleine schaal tot leven in het Applied Mathematics Laboratory van de New York University. Ze testten verschillende vormen en bewegingen met robot-hoelahoepers, waarbij 3D-geprinte lichamen in allerlei vormen (zoals cilinders, kegels en zandlopers) werden gebruikt om menselijke vormen op een tiende van de grootte na te maken. Deze figuren werden aangedreven door een motor die de bewegingen nabootste die we maken bij hoelahoepen. Hoepels van ongeveer 15 centimeter werden op deze ‘lichamen’ geplaatst, terwijl hogesnelheidscamera’s de bewegingen vastlegden.
Een filmpje van een robot-hoelahoeper met een zandloperfiguur, die de hoepel omhoog en op zijn plaats houdt.
Zo werkt hoelahoepen
De resultaten zijn de eerste die echt uitleggen hoe de natuurkunde en wiskunde achter hoelahoepen werken. En daaruit blijkt dat het niet uitmaakt of de draaiende beweging precies een cirkel of een ellips is; dit heeft geen invloed op het hoelahoepen. “In alle gevallen lukte het om de hoepel zonder enige moeite soepel rond het lichaam te laten draaien”, aldus Ristroph.
Lichaamstype
Het bleek echter een stuk lastiger om de hoepel voor langere tijd tegen de zwaartekracht in omhoog te houden. Dit vereiste een speciaal ‘lichaamstype’ – eentje met een schuin oppervlak als ‘heupen’ om de juiste hoek te creëren voor het omhoogduwen van de hoepel, en een gebogen ‘taille’ om de hoepel op zijn plek te houden. “Mensen hebben verschillende lichaamstypes”, merkt Ristroph op. “Sommigen hebben die schuine en gebogen vormen in hun heupen en taille, anderen niet. Onze resultaten kunnen uitleggen waarom sommige mensen van nature soepel kunnen hoepelen, terwijl anderen harder moeten werken om het voor elkaar te krijgen.”
De studie levert waardevolle inzichten in de natuur- en wiskunde achter hoelahoepen. En dat kan ook voor andere toepassingen nuttig zijn. De bevindingen wijzen bijvoorbeeld op manieren om energie efficiënter te gebruiken en robotica verder te verbeteren. “Terwijl we verder kwamen in ons onderzoek, realiseerden we ons dat de wiskunde en natuurkunde die bij hoelahoepen komen kijken heel verfijnd zijn”, legt Ristroph uit. “De kennis die we opdeden, kan niet alleen nieuwe technologische ideeën inspireren, maar ook helpen bij het oogsten van energie uit trillingen en het verbeteren van robotische systemen die in de industrie en productie worden gebruikt.”
