Misterul din spatele motivului pentru care șireturile dvs. de pantofi par să se dezlege constant ar putea avea în cele din urmă o soluție.

Studiul este mai mult decât un exemplu de știință care răspunde la o întrebare aparent evidentă. O mai bună înțelegere a mecanicii nodurilor ar putea oferi o perspectivă mai clară asupra modului în care structurile înnodate eșuează sub o varietate de forțe.

Folosind o cameră cu mișcare lentă și o serie de experimente, studiul arată că eșecul nodului șiretului se întâmplă în câteva secunde, declanșat de o interacțiune complexă de forțe.

„Când vorbești despre structuri înnodate, dacă poți începe să înțelegi șireturile, atunci îl poți aplica și altor lucruri, cum ar fi ADN-ul sau microstructurile, care eșuează sub forțe dinamice”, spune Christopher Daily-Diamond, coautor al studiului și student absolvent la Universitatea din California, Berkeley.

„Acesta este primul pas către înțelegerea de ce anumite noduri sunt mai bune decât altele, ceea ce nimeni nu a făcut cu adevărat.”

Există două moduri de a lega nodul comun la papion, iar unul este mai puternic decât celălalt, dar nimeni nu știe de ce. Versiunea puternică a nodului se bazează pe un nod pătrat: două încrucișări din dantelă de mâna opusă una peste alta. Versiunea slabă se bazează pe un nod fals; cele două încrucișări din dantelă au aceeași manevrabilitate, ceea ce face ca nodul să se răsucească în loc să stea plat atunci când este strâns.

Studiul actual arată că ambele versiuni eșuează în același mod și pune bazele unei investigații viitoare asupra motivului pentru care cele două structuri similare au integrități structurale diferite.

„Încercăm să înțelegem nodurile dintr-o perspectivă mecanică, cum ar fi motivul pentru care puteți lua două fire și le puteți conecta într-un anumit mod care poate fi foarte puternic, dar un alt mod de a le conecta este foarte slab”, spune Oliver O'Reilly, un profesor de inginerie mecanică, al cărui laborator a condus cercetarea. „Am putut arăta că nodul slab va eșua întotdeauna și nodul puternic va eșua la o anumită scară de timp, dar încă nu înțelegem de ce există o diferență mecanică fundamentală între aceste două noduri.”

Scopul noului studiu a fost de a dezvolta o înțelegere de bază a mecanicii modului în care un nod de papion de șiret se desface sub forțe dinamice. Studiile anterioare au descris modul în care structurile înnodate eșuează sub sarcini susținute, dar puține cercetări au arătat cum eșuează structurile înnodate sub presiunile dinamice ale schimbării forțelor și sarcinilor.

Primul pas a fost înregistrarea procesului de desfacere a unui șiret de pantofi în mișcare lentă. Coautorul studiului și studentul absolvent Christine Gregg, un alergător, a legat o pereche de pantofi de alergat și a alergat pe o bandă de alergat în timp ce colegii ei îi filmau pantofii.

Cercetătorii au descoperit că un nod de șiret se dezlănțuie astfel: atunci când alergi, piciorul tău lovește pământul de șapte ori forța gravitațională. Nodul se întinde și apoi se relaxează ca răspuns la acea forță. Pe măsură ce nodul se slăbește, piciorul oscilant aplică o forță inerțială pe capetele libere ale șireturilor, ceea ce duce rapid la o defecțiune a nodului în doar două pași după ce inerția acționează asupra șireturilor.

„Pentru a-mi dezlega nodurile, trag de capătul liber al unei papion și se desface. Nodul șiretului se desface din cauza aceluiași tip de mișcare ”, spune Gregg. "Forțele care cauzează acest lucru nu provin de la o persoană care trage de capătul liber, ci de la forțele inerțiale ale piciorului care se leagănă înainte și înapoi în timp ce nodul este slăbit de pe pantof, lovind în mod repetat pământul."

În plus față de interacțiunea dinamică a forțelor pe nod, filmările au dezvăluit și o magnitudine mare de accelerație la baza nodului. Pentru a săpa mai adânc, cercetătorii au folosit apoi un pendul care a lovit un nod de șiret și a testa mecanica nodului folosind o varietate de șireturi diferite.

„Unele șireturi ar putea fi mai bune decât altele pentru a lega noduri, dar mecanica fundamentală care le determină să eșueze este aceeași, credem noi”, spune Gregg.

Cercetătorii și-au testat teoria conform căreia creșterea forțelor inerțiale pe capetele libere ar declanșa eșecul fugar al nodului. Au adăugat greutăți la capetele libere ale șireturilor pe un nod oscilant și au văzut că nodurile eșuează la rate mai mari, pe măsură ce forțele inerțiale de pe capetele libere au crescut.

„Chiar ai nevoie atât de forța impulsivă la baza nodului, cât și de forțele de tragere ale capetelor libere și ale buclelor”, spune Daily-Diamond. „Se pare că nu poți obține eșecul nodurilor fără ambele.”

Desigur, atunci când o persoană merge pe jos sau aleargă, șireturile pantofilor nu sunt întotdeauna dezlegate. Șireturile strâns legate pot necesita mai multe cicluri de impact și oscilare a picioarelor pentru a provoca eșecul nodului decât s-ar putea experimenta într-o zi de mers pe jos sau alergare. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a distruge toate variabilele implicate în proces. Dar studiul oferă un răspuns la întrebarea enervantă despre motivul pentru care șireturile dvs. par bine într-un minut și apoi vin dezlegate în următorul.

„Interesantul acestui mecanism este că șireturile pot fi bine pentru o perioadă foarte lungă de timp și nu până când obții un pic de mișcare pentru a provoca slăbirea, începe acest efect de avalanșă care duce la eșecul nodului”, spune Gregg.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

Studiul apare în Procesul Societății Regale A.

Sursa: UC Berkeley

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon