呼拉圈機器人揭曉環圈懸空背後的物理學原理

要讓呼拉圈維持在空中，物件的形狀可是大有講究。透過對會轉動且能甩圈的機器人所做的實驗，揭示了這些旋轉的環圈在重力作用下仍能保持懸空的原因。研究人員於1月7日發表在《美國國家科學院院刊》上的報告指出，機器人的身形是一個關鍵因素。

身形得有「臀部」—— 即能提供向上力以抵消重力的斜面。還得有「腰部」—— 類似沙漏的曲線，可防止呼拉圈上下漂移或滑落。

紐約大學的應用數學家萊夫·里斯托夫（Leif Ristroph）受其位於格林威治村住所附近表演者的啟發，開始思考呼拉圈的物理原理。他和同事意識到，先前的研究並未解釋呼拉圈是如何保持懸空的。（里斯托夫向來擅長處理奇特的物理問題。他的團隊最近研究瞭如果草坪灑水器是吸水而非噴水會發生什麼情況。）

於是，里斯托夫和同事展開了嘗試。在實驗中，一個旋轉的圓柱形機器人無法阻止呼拉圈下滑。它缺少呼拉圈在傾斜形狀上擺動時產生的必要向上力。而一個只有斜面但無類似腰部曲線的錐形機器人同樣失敗了。如果呼拉圈從錐形物的頂部開始，向上的力會超過重力，呼拉圈就會向上移動。如果呼拉圈從底部開始，向上的力不足以使其保持懸空，它就會向下移動。但一個沙漏形的機器人能使呼拉圈穩定地懸在空中。

人們無論身形如何，都應能透過根據呼拉圈位置變化調整轉動方式，學會玩呼拉圈。事實上，研究人員透過根據呼拉圈下滑的高度調整旋轉速度，成功讓錐形機器人玩起了呼拉圈。

在實驗中，正確的發圈方式也至關重要。如果呼拉圈起始速度太慢，嘗試就會失敗。在成功的情況下，呼拉圈會與旋轉的物體對齊，使得呼拉圈和物體總是朝同一方向移動。里斯托夫表示，這也是發圈的最佳方式。

從這項研究中還能得到最後一個訣竅：大號呼拉圈對初學者更友好 —— 它們可以用較慢的轉動速度維持在空中。