Почему ваши шнурки всегда выходят замуж

Загадка, почему ваши шнурки постоянно развязываются, наконец-то получила решение.

Исследование - больше, чем пример ответа науки на, казалось бы, очевидный вопрос. Лучшее понимание узловой механики может дать более четкое представление о том, как узловые конструкции разрушаются под действием различных сил.

Используя камеру замедленного действия и серию экспериментов, исследование показывает, что сбой узла ствола происходит в считанные секунды, вызванные сложным взаимодействием сил.

«Когда вы говорите о узловатых структурах, если вы можете начать понимать шнурки, тогда вы можете применить их к другим вещам, таким как ДНК или микроструктуры, которые не поддаются динамическим силам», - говорит Кристофер Дейли-Бриллиант, соавтор исследования и аспирант в Калифорнийском университете в Беркли.

«Это первый шаг к пониманию того, почему некоторые узлы лучше других, чего никто не делал».


графика подписки внутри себя


Есть два способа связать общий узел связки лука-шнура, и один сильнее другого, но никто не знает, почему. Сильная версия узла основана на квадратном узле: два кружевных перекрестка с противоположной рукой на вершине друг друга. Слабая версия основана на ложном узле; два пересечения кружев имеют ту же самую ручность, заставляя узел скручиваться вместо того, чтобы лежать плотно при затягивании.

В текущем исследовании показано, что обе версии терпят неудачу одинаково, и закладывает основу для будущего исследования того, почему две аналогичные структуры имеют разную структурную интегральность.

«Мы пытаемся понять узлы с точки зрения механики, например, почему вы можете взять две нити и связать их определенным образом, что может быть очень сильным, но другой способ их подключения очень слаб», - говорит Оливер О'Рейли, профессор машиностроения, лаборатория которого провела исследование. «Мы смогли показать, что слабый узел всегда будет терпеть неудачу, а сильный узел не удастся в определенный временной масштаб, но мы до сих пор не понимаем, почему существует фундаментальное механическое различие между этими двумя узлами».

Цель нового исследования состояла в том, чтобы разработать базовое понимание механики того, как узкий узел привязки шнурка привязан к динамическим силам. В предыдущих исследованиях описывалось, как завязанные структуры терпят неудачу при устойчивых нагрузках, но мало исследований показали, как завязанные структуры терпят неудачу при динамическом давлении изменения сил и нагрузок.

Первый шаг состоял в том, чтобы записывать процесс развязывания шнурка в замедленном темпе. Соавтор исследования и аспирантка Кристин Грегг, бегун, встряхнули пару кроссов и побежали на беговой дорожке, в то время как ее коллеги снимали ее обувь.

Исследователи обнаружили, что узел шнурка развязывается так: при беге ваша нога ударяет по земле в семь раз силой тяжести. Узел растягивается, а затем расслабляется в ответ на эту силу. Когда узел ослабляется, качающаяся ножка наносит инерционную силу на свободные концы шнурков, что быстро приводит к разрушению узла всего за два шага после того, как инерция воздействует на шнурки.

«Чтобы развязать мои узлы, я натягиваю свободный конец галстука-бабочки, и он приходит на убыль. Шнуровой узел развязан из-за такого же движения », - говорит Грегг. «Силы, которые вызывают это, не от человека, тянущего на свободный конец, а от сил инерции ноги, размахивающей назад и вперед, в то время как узел ослабляется от башмака, многократно ударяющего о землю».

Помимо динамического взаимодействия сил на узле, в кадре также обнаруживалась большая величина ускорения у основания узла. Чтобы копать глубже, исследователи затем использовали ударный маятник, чтобы размахивать узлом шнурка и механикой испытательного узла, используя различные кружева.

«Некоторые шнурки могут быть лучше, чем другие, завязывать узлы, но основная механика, из-за которой они терпят неудачу, такая же, как мы считаем», - говорит Грегг.

Исследователи также опробовали свою теорию о том, что увеличение инерционных сил на свободных концах вызовет беглый провал узла. Они добавили веса к свободным концам кружев на раскачивающемся узле и увидели, что узлы провалились с более высокими скоростями по мере увеличения инерционных сил на свободных концах.

«Вам действительно нужна и импульсивная сила в основании узла, и вам нужны силы вытягивания свободных концов и петель», - говорит Daily-Diamond. «Кажется, вы не можете попасть в узел без обоих».

Конечно, когда человек идет или бегает, их шнурки не всегда развязаны. Плотно завязанные шнурки могут потребовать больше циклов удара и размахивания ног, чтобы вызвать разрушение узла, чем может произойти в день ходьбы или бега. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы разделить все переменные, участвующие в этом процессе. Но исследование действительно дает ответ на раздражающий вопрос о том, почему ваши шнурки кажутся прекрасными одну минуту, а затем развязаны следующей.

«Интересная вещь об этом механизме заключается в том, что ваши кружева могут быть прекрасными в течение очень долгого времени, и только до тех пор, пока вы не получите одно небольшое движение, чтобы вызвать ослабление, которое начинает этот лавинный эффект, приводя к сбою узла», - говорит Грегг.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

Исследование появится в Труды Королевского общества A.

Источник: Калифорнийский университет в Беркли

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon