Az a rejtély, ami mögött a cipőfűzője állandóan úgy tűnik, hogy kibontja magát, végre megoldást találhat.
A tanulmány több mint egy példa arra, hogy a tudomány válaszol egy nyilvánvalónak tűnő kérdésre. A csomómechanika jobb megértése élesebb betekintést nyújthat abba, hogy a csomózott szerkezetek hogyan buknak meg különböző erők hatására.
A tanulmány egy lassított kamerát és egy kísérletsorozatot használva azt mutatja, hogy a cipőfűző csomójának meghibásodása pillanatok alatt bekövetkezik, amelyet az erők összetett kölcsönhatása vált ki.
„Ha csomózott szerkezetekről beszél, ha elkezdi megérteni a cipőfűzőt, akkor alkalmazhatja más dolgokra is, például a DNS-re vagy a mikrostruktúrákra, amelyek dinamikus erők hatására meghibásodnak”-mondja Christopher Daily-Diamond, tanulmányi társszerző és végzős hallgató a Berkeley -i Kaliforniai Egyetemen.
"Ez az első lépés annak megértéséhez, hogy bizonyos csomók miért jobbak másoknál, amit senki sem tett meg."
A közös cipőfűző csokornyakkendő csomót kétféleképpen lehet összekötni, és az egyik erősebb, mint a másik, de senki nem tudja, miért. A csomó erős változata négyzet alakú csomón alapul: két, egymással szemben lévő kézfejű csipke keresztezés. A gyenge verzió hamis csomóra épül; a két csipke keresztezés ugyanolyan kezet nyújt, emiatt a csomó megcsavarodik, ahelyett, hogy meghúzva laposan feküdne.
A jelenlegi tanulmány azt mutatja, hogy mindkét verzió ugyanúgy kudarcot vall, és megalapozza a jövőbeni vizsgálatot annak megállapítására, hogy a két hasonló szerkezet miért különbözik egymástól.
"Megpróbáljuk megérteni a csomókat mechanikai szempontból, például, hogy miért vehet két szálat, és kötheti össze őket bizonyos módon, ami nagyon erős lehet, de egy másik módja az összekapcsolásuknak nagyon gyenge" - mondja Oliver O'Reilly, gépészmérnöki professzor, akinek laboratóriuma végezte a kutatást. „Meg tudtuk mutatni, hogy a gyenge csomó mindig kudarcot vall, és az erős csomó egy bizonyos időskálán meghibásodik, de még mindig nem értjük, miért van alapvető mechanikai különbség e két csomó között.”
Az új tanulmány célja az volt, hogy alaposan megértsük a mechanika mechanikáját, hogy a cipőfűző csokornyakkendő csomója hogyan oldódik fel dinamikus erők hatására. Korábbi tanulmányok leírták, hogy a csomózott szerkezetek hogyan romlanak el tartós terhelés alatt, de kevés kutatás kimutatta, hogy a csomózott szerkezetek hogyan buknak meg a változó erők és terhelések dinamikus nyomása alatt.
Az első lépés az volt, hogy lassított felvételben rögzítsük a cipőfűző csomó feloldásának folyamatát. A tanulmány társszerzője és végzős hallgatója, Christine Gregg, egy futó, felfűzött egy futócipőt, és futópadon futott, miközben kollégái filmezték a cipőjét.
A kutatók azt találták, hogy a cipőfűző csomója így oldódik: Futás közben a lábad a gravitációs erő hétszeresével ütközik a földbe. A csomó megnyúlik, majd ellazul az erő hatására. Ahogy a csomó lazul, a lengő láb tehetetlenségi erőt fejt ki a fűzők szabad végein, ami gyorsan a csomó meghibásodásához vezet, mindössze két lépéssel, miután a tehetetlenség a csipkékre hat.
„Hogy feloldjam a csomóimat, felhúzom a csokornyakkendő szabad végét, és az feloldódik. A cipőfűző csomója ugyanolyan mozgás miatt oldódik fel ” - mondja Gregg. "Az erők, amelyek ezt okozzák, nem a szabad végét húzó személytől származnak, hanem a láb tehetetlen erőitől, amelyek előre -hátra lendülnek, miközben a csomót meglazítják a cipőről, amely többször ütközik a talajhoz."
A felvételeken a csomón lévő erők dinamikus kölcsönhatása mellett a csomó tövében nagy gyorsulás is kiderült. Hogy mélyebbre ássanak, a kutatók ezután ütköző inga segítségével cipzázták a cipőfűző csomót, és tesztelték a csomómechanikát különféle fűzők segítségével.
„Néhány fűző jobb lehet, mint mások csomók megkötésére, de úgy gondoljuk, hogy az alapvető mechanika, ami miatt meghibásodnak, ugyanaz” - mondja Gregg.
A kutatók tesztelték azt az elméletüket is, miszerint a szabad végeken lévő tehetetlenségi erők növelik a csomó szövődményeit. Súlyokat adtak a fűző szabad végeihez egy lengő csomón, és látták, hogy a csomók nagyobb ütemben buknak meg, mivel a szabad végein lévő tehetetlenségi erők növekednek.
"Valóban szüksége van mind a csomó tövében lévő impulzív erőre, mind pedig a szabad végek és a hurkok húzóerejére"-mondja a Daily-Diamond. - Úgy tűnik, mindkettő nélkül nem lehet kudarcot vallni.
Természetesen, ha valaki sétálni vagy futni megy, a cipőfűzője nem mindig oldódik fel. A szorosan kötött fűzők több ütési ciklust és láblengést igényelhetnek, hogy csomóhibát okozzanak, mint amennyit egy napi gyaloglás vagy futás során tapasztalhat. További kutatásokra van szükség a folyamatban résztvevő összes változó szétválasztásához. De a tanulmány választ ad arra a bosszantó kérdésre, hogy miért tűnnek rendben a csipkéi az egyik percben, majd a következőben oldják fel.
„Ennek a mechanizmusnak az az érdekessége, hogy a fűzői nagyon sokáig rendben lehetnek, és csak akkor, ha egy kis mozdulattal meglazul, ez a lavinahatás elindítja a csomó meghibásodását” - mondja Gregg.
{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}
A tanulmány megjelenik a A Királyi Társaság folyóiratai.
Forrás: UC Berkeley
Kapcsolódó könyvek
at InnerSelf Market és Amazon
