.

ห่วงฮูลาฮูปไม่หล่นลงมาได้อย่างไร
เมื่อคนเราหมุนมัน

Hola Hoop ฮูลาฮูปเป็นของเล่นที่มีชื่อเสียง
มีความเป็นมายาวนานในประวัติศาสตร์
แต่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังนั้น
กลับไม่ได้รับความสนใจมากนัก
แม้ว่าคนเราบางคนไม่สามารถ
หมุนฮูลาฮูปได้อย่างเชี่ยวชาญ
ในขณะที่บางคนหมุนได้ไม่เกินหนึ่งครั้ง

ฮูลาฮูปทำงานอย่างไร
จึงไม่ให้ตกลงมาในขณะที่คนเราหมุน
และทำไมบางคนจึงทำได้ดีกว่าคนอื่น

ฮูลาฮูปสมัยใหม่เป็นวงแหวนพลาสติก
ที่หมุนรอบตัวโดยขยับสะโพก 
การเคลื่อนไหวแบบหมุนนี้คล้ายกับ
การเต้นรำแบบฮาวาย ที่เรียกว่า ฮูลา
(จึงเป็นที่มาของชื่อนี้)
.


" มีหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า
คนเราหมุนฮูลาฮูปได้
ตั้งแต่เมื่อ 500 ปีก่อนคริสตกาล

ฮูลาฮูปปรากฏขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า
ในวัฒนธรรมต่าง ๆ มากมาย
ในรูปแบบของการพักผ่อนหย่อนใจ
พิธีกรรมทางศาสนา หรือการออกกำลังกาย

เมื่อพิจารณาจากประวัติศาสตร์
อันยาวนานของกิจกรรมนี้ 
หลายคุณอาจคิดว่า 
มีการศึกษาวิจัยจนหลายคนตายไปแล้ว
แต่จริง ๆ แล้วไม่ได้เป็นเช่นนั้น

จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้
การวิจัยเกี่ยวกับการหมุนห่วงฮูลาฮูป
มักจำกัดอยู่แค่แบบจำลองสองมิติ
ของห่วงหมุนฮูลาฮูป
แทนที่จะเป็นระบบสามมิติเต็มรูปแบบ

ดังนั้น งานก่อนหน้านี้จึงไม่สามารถตอบได้ว่า
ห่วงฮูลาฮูปจะป้องกันการหล่นได้อย่างไร "
Olivia Pomerenk
นักศึกษาปริญญาเอกสาขาคณิตศาสตร์
ที่ New York University 
กล่าวกับ Live Science 
.


ในการศึกษาวิจัยในปี 2024 
ที่ตีพิมพ์ในวารสาร PNAS
Pomerenk และเพื่อนร่วมงาน
ได้ตัดสินใจที่จะตรวจสอบ
คำถามที่น่าปวดหัวนี้

" ห้องทดลองของเรามักจะมุ่งเน้นไปที่
ระบบที่แปลกประหลาด
และดูเหมือนจะเรียบง่ายเหล่านี้

เมื่ออธิบายปัญหาหลายอย่างที่เราศึกษา
มักจะทำให้เกิดปฏิกิริยา/คำถามว่า
เดี๋ยวนะ  ทำไมไม่มีใครแก้ได้สักที
ปัญหาของห่วงฮูลาฮูปนี้ก็ไม่ต่างกัน "

เพื่อให้คำถามนี้กระจ่างขึ้น 
Pomerenk และเพื่อนร่วมงาน
จึงได้สร้างหุ่นยนต์ฮูลาฮูปขนาดเล็กขึ้นมา 
พิมพ์สิ่งของพลาสติกแบบ 3 มิติ (3D)
ที่มีความสูงราว 6.7 นิ้ว (17 ซม.)
และมีรูปร่างหลากหลาย เช่น
ทรงกระบอก กรวย และนาฬิกาทราย
จากนั้นพวกเขาทำให้รูปทรงต่าง ๆ
หมุนด้วยมอเตอร์เพื่อหมุนรอบห่วง
ที่มีความกว้างประมาณ 6 นิ้ว (15 ซม.)
และใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์
เพื่อวิเคราะห์การบันทึกวิดีโอ
ความเร็วของการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้น

นักวิจัยพบว่า
การหมุนห่วงรอบหุ่นยนต์เหล่านี้
ให้มั่นคงนั้นเป็นไปได้
เมื่อมีการเคลื่อนไหว
หรือ มีวัตถุหมุนหลายแบบ

หากต้องการให้หมุนได้อย่างมั่นคง
ต้องเริ่มต้นด้วยการโยนห่วง
ด้วย ความเร็วที่เพียงพอ
ในทิศทางเดียวกับการหมุนของร่างกาย

หลังจากนั้น  แรงเหวี่ยงและแรงเสียดทาน
(Centrifugal and Centripetal forces
แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
และแรงเหวี่ยงสู่ศูนย์กลาง)
จากการหมุนจะทำให้ห่วงหมุนได้
อย่างมั่นคง/มีเสถียรภาพ
.
.

หมายเหตุ

เครื่องปั่นน้ำยางข้นมาจากหลักการนี้
แต่เดิมต้องนำเข้าเครื่องจากเมืองนอก
เป็นเครื่องผลิตน้ำผึ้งเข้มข้นก่อนบรรจุขาย
ใช้ปั่นน้ำที่ปะปน/เศษปนเปื้อนออก
เมื่อเครื่องหมุนจะเกิดแรงเหวี่ยง
พวกน้ำและสิ่งสกปรกปนเปื้อน
จะไหลออกไปทางท่อระบาย
ของเสียออกด้านบน/ด้านล่าง

เมื่อนำมาใช้กับน้ำยางพารา
จะปั่นจนได้น้ำยางข้นที่ต้องการ
ส่วนของเหลวที่ระบายออก
มีการใส่สารเคมีให้จับตัวเป็นก้อน
เพื่อขายเป็นเศษยาง/ขี้ยาง
เป็นการ Reproduct ภายในโรงงาน

ต่อมา มีการ Copy and Development
ใช้เครื่องผลิตจากคนไทย หรือนำเข้าจากจีน
จากราคาหลักล้านบาทเหลือหลักหมื่นบาท
มีใช้ในโรงงานผลิตน้ำยางข้นยักษ์ใหญ่
และธุรกิจกลุ่มชาวบ้าน OTOP
.


" การรักษาห่วงให้ต้านแรงโน้มถ่วง
Gravity เป็นเวลานานนั้นยากกว่า
ตามหลักการแล้ว ร่างกายจะต้องมี สะโพก
เพื่อให้มีมุมที่เหมาะสมในการดันห่วงขึ้น
แต่ต้องมี เอว ที่มีส่วนโค้งเพื่อยึดห่วงให้เข้าที่ "
Leif Ristroph นักคณิตศาสตร์ประยุกต์
และนักฟิสิกส์ทดลอง New York University   
ซึ่งเป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าว
.



" ผลการวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่า
ผู้ที่มีรูปร่างเหมือนนาฬิกาทราย
อาจเป็นผู้ที่เล่นฮูลาฮูปโดยธรรมชาติ

อย่างไรก็ตาม
เราหวังว่าจะไม่มีใครตีความ
ผลการวิจัยของเราว่า
พวกเขาเล่นฮูลาฮูปไม่ได้
เพราะรูปร่างของพวกเขา

เราคิดว่าทุกคนสามารถทำได้
และบางทีรูปร่างที่แตกต่างกัน
อาจต้องใช้ความพยายาม
มากเป็นพิเศษสักเล็กน้อย
หรือกลยุทธ์ที่แตกต่าง
จากสิ่งที่เราศึกษาวิจัย
ในการทดลองของเรา

ผลการวิจัยไม่เพียงแต่ช่วย
อธิบายกิจกรรมที่คุ้นเคย
แต่เข้าใจได้ยากเท่านั้น 
แต่ยังชี้ให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้
ที่หลากหลายที่เกี่ยวข้อง

กับการเปลี่ยน/การเคลื่อนไหว
ประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง
หรือการแขวนและจัดวางวัตถุ
โดยไม่ต้องจับหรือคว้าจับ

ตัวอย่างเช่น 
ด้วยการกระตุกร่างกายเพียงเล็กน้อย 
ผู้เล่นฮูลาฮูปที่ดี
สามารถส่งห่วงให้ลอยไป
ในวงโคจรขนาดใหญ่ได้
ซึ่งอาจสร้างแรงบันดาลใจ
ให้เกิดวิธีการใหม่ ๆ
ในการเก็บเกี่ยวหรือกู้คืน
พลังงานจากการสั่นสะเทือนได้ "
Leif Ristroph ให้ความเห็นเพิ่มเติม

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้อีกวิธีหนึ่ง
อาจเกี่ยวข้องกับการควบคุมวัตถุ
โดยไม่ต้องถือวัตถุจริง ๆ

ตัวอย่างเช่น
การศึกษาได้เสนอวิธีการที่ค่อนข้างง่าย
ในการควบคุมตำแหน่งแนวตั้งของห่วง
ที่หมุนไปตามวัตถุโดยไม่ต้องจับมัน

" หากคุณสามารถยกของบางอย่างขึ้น
หรือเคลื่อนย้ายของบางอย่างลงได้
โดยควบคุมอย่างที่ไม่ต้องจับสิ่งของ
ในลักษณะเดิม ๆ เลย
นั่นอาจเป็นประโยชน์
ในการหยิบจับแบบหุ่นยนต์
เช่น การถือสิ่งของหนึ่งชิ้นหรือหลายชิ้น
หรืออาจจะใช้ในการขนย้ายสิ่งของ
ในแนวตั้งอย่างมีประสิทธิภาพ
ในโรงงานหรือในสถานที่ก่อสร้าง "
Olivia Pomerenk กล่าวสรุป
.

เรียบเรียง/ที่มา

How do Hula-Hoops work?