Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли выяснили, почему мы всегда наклоняемся, чтобы завязать шнурки.
Это загадка, которая ставит в тупик и пятилетних детей, и инженеров-механиков: какого черта шнурки постоянно развязываются? Новое исследование Калифорнийского университета в Беркли, которое будет опубликовано 12 апреля в журнале Proceedings of the Royal Society A, поднимает этот странным образом недооцененный вопрос и выдвигает теорию о том, почему даже самые тугие шнурки терпят неудачу.
Ученые изучили, как узловатые конструкции выходят из строя при длительных нагрузках, но никогда - при меняющихся, динамических. И это то, что исследовали исследователи из Беркли. Для этого они установили камеру с замедленной съемкой, чтобы заснять однокурсницу Кристин Грегг, когда она бегает по беговой дорожке. После того, как они засняли ходьбу и бег Грегга, они обнаружили, что разрыв узла является комбинацией двух сил: гравитации и инерции.
Когда человек бежит, его ступня ударяется о землю с силой, в семь раз превышающей силу тяжести. Это, в сочетании с хлесткой инерцией ноги, создает движение растяжения и расслабления, которое ослабляет узел. Шнурки выходили из строя еще быстрее, когда к кончикам прикладывались утяжелители. «Вам действительно нужна как импульсивная сила в основании узла, так и тянущие силы свободных концов и петель», - сказал Кристофер Дейли-Даймонд, соавтор исследования. «Кажется, вы не можете получить отказ узла без обоих».
Большинство людей, не являющихся моряками или бойскаутами, учатся завязывать шнурки одним из двух способов: квадратным узлом и ложным узлом. Последний слабее, потому что узлы имеют закрутку и не ложатся ровно. Но даже если вы знаете, что лист сгибается от бегущего булинь, это не имеет значения: исследователи обнаружили, что узлы галстука-бабочки разваливаются таким же образом, хотя и не обязательно в одно и то же время.
«Мы смогли показать, что слабый узел всегда выйдет из строя, а сильный узел выйдет из строя через определенное время, но мы до сих пор не понимаем, почему между этими двумя узлами существует фундаментальная механическая разница, - сказал Оливер О'Рейли, профессор машиностроения из Беркли.
Одним из выводов является то, что когда узел шнурка начинает выходить из строя, это происходит очень быстро. «Самое интересное в этом механизме то, что ваши шнурки могут быть в порядке в течение очень долгого времени, и только после того, как вы сделаете одно небольшое движение, чтобы вызвать ослабление, начинается этот лавинный эффект, ведущий к разрыву узла», - говорит Грегг.
Это может быть первым шагом на пути к выяснению узла, который никогда не развяжется (может быть, какого-нибудь мифического двойного узла). А пока всегда есть липучки.