Hvorfor dine skosnører kommer alltid løs

Mysteriet bak hvorfor skolissene dine ser ut til å løsne seg, kan endelig få en løsning.

Studien er mer enn et eksempel på vitenskap som svarer på et tilsynelatende åpenbart spørsmål. En bedre forståelse av knutemekanikk kan gi skarpere innsikt i hvordan knyttede strukturer feiler under en rekke krefter.

Ved hjelp av et slowmotion-kamera og en rekke eksperimenter viser studien at knottfeilfeil skjer i løpet av sekunder, utløst av et komplekst samspill av krefter.

"Når du snakker om knutte strukturer, kan du begynne å forstå skoenet, så du kan bruke det på andre ting, som DNA eller mikrostrukturer, som mislykkes under dynamiske krefter", sier Christopher Daily-Diamond, studiekonsulent og en kandidatstudent ved University of California, Berkeley.

"Dette er det første skrittet mot å forstå hvorfor bestemte knuter er bedre enn andre, som ingen virkelig har gjort."


innerself abonnere grafikk


Det er to måter å knytte den vanlige snørebåndet, og en er sterkere enn den andre, men ingen vet hvorfor. Den sterke versjonen av knuten er basert på en firkantet knute: to kniplinger av motsatt håndthet over hverandre. Den svake versjonen er basert på en falsk knute; de to kniplinger har samme håndhet, og får knuten til å vri i stedet for å ligge flatt når den strammes.

Den nåværende studien viser at begge versjoner feiler på samme måte, og legger grunnlaget for fremtidig undersøkelse av hvorfor de to lignende strukturer har forskjellige strukturelle integritet.

"Vi prøver å forstå knuter fra et mekanisk perspektiv, for eksempel hvorfor du kan ta to tråder og koble dem på en bestemt måte som kan være veldig sterk, men en annen måte å koble dem til er svært svak", sier Oliver O'Reilly, en professor i maskinteknikk, hvis laboratorium gjennomførte forskningen. "Vi var i stand til å vise at den svake knuten alltid vil mislykkes, og den sterke knuten vil mislykkes i en bestemt tidsskala, men vi forstår fortsatt ikke hvorfor det er en grunnleggende mekanisk forskjell mellom de to knutene."

Målet med den nye studien var å utvikle en grunnlinjeforståelse av mekanikken til hvordan en skosnøkkelbøyle knute kommer løs i dynamiske krefter. Tidligere studier har beskrevet hvordan knutte strukturer feiler under vedvarende belastninger, men lite forskning har vist hvordan knutte strukturer svikter under det dynamiske presset for å bytte krefter og belastninger.

Det første skrittet var å registrere prosessen med en skyttelknute untying i slowmotion. Studie medforfatter og kandidatstudent Christine Gregg, en løper, snurret et par løpesko og løp på tredemølle mens hennes kolleger filmet skoene sine.

Forskerne oppdaget at en skyttelknute trekker seg slik: Når du kjører, kommer foten til å ligge på sju ganger tyngdekraften. Knuten strekker seg og deretter slapper av som svar på den kraften. Når knuten løsner, bruker det svingende benet en tråkkraft på de frie ender av snørebåndene, noe som raskt fører til knekkens svikt i så få som to skritt etter tröghet virker på snørebåndene.

"For å løsne knutene mine, trekker jeg på den frie enden av en bue og det kommer til å bli forkastet. Skyttelknuten kommer ubundet på grunn av den samme typen bevegelse, sier Gregg. "De kreftene som forårsaker dette, er ikke fra en person som drar på den frie enden, men fra tråkkens tröghetskrefter svinger frem og tilbake mens knuten løsnes fra skoen og gjentatte ganger slår bakken."

I tillegg til den dynamiske samspillet mellom krefter på knuten, oppdaget opptakene også en stor grad av akselerasjon ved foten av knuten. For å grave dypere brukte forskerne deretter en påvirkende pendul for å svinge en skyttelknute og teste knute mekanikk ved hjelp av en rekke forskjellige snørebånd.

"Noen vetrer kan være bedre enn andre for å knytte knuter, men de grunnleggende mekanikkene som får dem til å mislykkes, er de samme, tror vi," sier Gregg.

Forskerne testet også deres teori om at økende treningskrefter på de frie ender ville utløse en feil i knuten. De la vekter til de frie ender av snørebåndene på en svingende knute, og så at knottene mislyktes ved høyere hastigheter da treghetskrefter på de frie ender økte.

"Du trenger virkelig både den impulsive kraften på bunnen av knuten og du trenger trekkstyrken til de frie ender og løkkene," sier Daily-Diamond. "Du kan ikke synes å få knutefeil uten begge deler."

Selvfølgelig, når en person går eller går, blir deres skosnører ikke alltid ubundne. Tett bundet snørebånd kan kreve flere sykluser av slag og ben svingende for å forårsake knutfeil, enn man kan oppleve i en dags verdier å gå eller løpe. Mer forskning er nødvendig for å tømme hver variabel som er involvert i prosessen. Men studien gir et svar på det irriterende spørsmålet om hvorfor snørebåndene dine virker bra ett minutt og deretter løses neste.

"Det interessante med denne mekanismen er at snørebåndene dine kan fungere veldig lenge, og det er ikke før du får en liten bevegelse for å forårsake løsning som starter denne lavin effekten som fører til knutefeil, sier Gregg.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

Studien vises i Det kongelige samfunns handlinger A.

kilde: UC Berkeley

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon