Manche Menschen drücken sich vor Hula-Hoop. Egal, was sie tun, stets purzelt der Reifen fast augenblicklich zu Boden. Diese Menschen haben nun eine neue, wissenschaftliche Ausrede für ihr Missgeschick: Nicht Tollpatschigkeit, sondern ihre Körperform könnte schuld sein.
Der wichtigen Alltagssituation hat sich ein Mathematik-Team der New York University endlich angenommen. Ihre Studie ist im Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences" erschienen. Das Team hat nicht nur herausgefunden, welche Körperform für das Reifenwirbeln optimal ist, sondern gibt auch Tipps, wie sich körperliche Nachteile ausgleichen lassen.
Neben Berechnungen und Modellierungen ließen die Forschenden in ihrem Labor für Angewandte Mathematik auch echte Reifen wirbeln. Dafür schufen sie per 3-D-Druck Körper unterschiedlicher Geometrie – Zylinder, Kegel oder Sanduhrformen – mit verschiedenen Neigungen und Krümmungen. Mithilfe eines Miniaturroboters ahmten sie damit die menschlichen Hula-Hoop-Bewegungen in einem Verkleinerungsmaßstab von eins zu zehn nach – der Reifen hatte einen Durchmesser von etwa 15 Zentimetern. Hochgeschwindigkeitskameras zeichneten die Versuche auf.
Perfektes Verhältnis von Hüfte und Taille
Nötig war stets eine gewisse Reibung, die im Alltag durch Kleidung oder Haut gegeben ist. Keine Rolle spielte dagegen die genaue Form der Drehbewegung und die Querschnittsform des Körpers – Kreis oder Ellipse. "In allen Fällen konnten ohne besonderen Aufwand gute Drehbewegungen des Reifens um den Körper erzeugt werden", erklärt Leif Ristroph, Hauptautor der Studie.
Als hilfreich erwies sich vor allem ein spezieller Körpertyp: "Einige Menschen haben diese Neigungs- und Krümmungsmerkmale in den Hüften und in der Taille, andere nicht", erklärt Ristroph. "Unsere Ergebnisse könnten erklären, warum manche Menschen von Natur aus gut den Reifen kreisen lassen können und andere sich anscheinend besonders anstrengen müssen."
Als ideal offenbarte sich eine breite Hüfte mit einer schmalen Taille, die Sanduhrform – allerdings braucht es keinen Körper wie Kim Kardashian. Sehr gut funktionierte auch der weitverbreitete birnenförmige Körper.
Wie sich bei den Experimenten zeigte, genügt es nicht, den Hula-Hoop-Reifen stetig nach außen zu drücken. Über kurz oder lang gewinnt dann die Schwerkraft. Der Reifen braucht vielmehr stetig einen Schwung nach oben, der entsteht, wenn der "rollende Kontaktpunkt" auf einer geneigten Oberfläche – der Hüfte – aufliegt. Nur durch den richtigen Winkel wird der Reifen immer wieder hochgeschoben. Die Krümmung – die Taille – hält das System im Gleichgewicht, den Reifen also langfristig in einer stabilen Position. Sie sollte gleichmäßig und nicht zu stark sein. Zudem sollte die Neigung der Hüfte in einem idealen Verhältnis zur Krümmung der Taille stehen.
Viel Schwung hilft viel
So weit die Theorie. In der Praxis bringt die Mehrzahl der Menschen die gesuchte Körperform mit, wenn auch mehr oder weniger optimal. Daher liefern die Forschenden Tipps für jene, die beispielsweise eher schmale Hüften oder eine zu voluminöse Taille besitzen. Auch sie können den Reifen herumwirbeln, müssen sich aber stärker anstrengen. Dieser Nachteil lässt sich durch eine höhere Geschwindigkeit des Reifens sowie größere und schnellere Hüftbewegungen ausgleichen. Vor allem zu Beginn ist viel Schwung nötig, auch ein größerer Reifen kann helfen. Als nicht entscheidend hingegen erwies sich das Gewicht des Reifens. Der letzte Tipp der Forschenden: Reifen und Körpermitte sollten sich zu Beginn auf derselben Seite befinden.
Das Team betont, dass seine Studie auch über den Freizeitspaß hinaus relevant ist. Die Erkenntnisse sollen in der Robotik helfen, um etwa aus Vibrationen Energie zu gewinnen oder Bewegungsabläufe von Robotern zu optimieren.
