Το μυστήριο πίσω από το γιατί τα κορδόνια σας φαίνεται να αποσυνδέονται συνεχώς θα μπορούσε τελικά να έχει μια λύση.

Η μελέτη είναι κάτι περισσότερο από ένα παράδειγμα επιστήμης που απαντά σε μια φαινομενικά προφανή ερώτηση. Μια καλύτερη κατανόηση της μηχανικής των κόμβων θα μπορούσε να προσφέρει μια πιο σαφή εικόνα για το πώς οι δομές με κόμβους αποτυγχάνουν κάτω από μια ποικιλία δυνάμεων.

Χρησιμοποιώντας μια κάμερα αργής κίνησης και μια σειρά πειραμάτων, η μελέτη δείχνει ότι η αστοχία του κόμβου του κορδονιού των παπουτσιών συμβαίνει μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, που προκαλείται από μια σύνθετη αλληλεπίδραση δυνάμεων.

«Όταν μιλάτε για δομές με κόμπους, αν μπορείτε να αρχίσετε να καταλαβαίνετε το κορδόνι των παπουτσιών, τότε μπορείτε να το εφαρμόσετε σε άλλα πράγματα, όπως το DNA ή οι μικροδομές, που αποτυγχάνουν υπό δυναμικές δυνάμεις», λέει ο Christopher Daily-Diamond, συντάκτης μελέτης και μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ.

"Αυτό είναι το πρώτο βήμα προς την κατανόηση γιατί ορισμένοι κόμβοι είναι καλύτεροι από άλλους, πράγμα που κανείς δεν έχει κάνει πραγματικά."

Υπάρχουν δύο τρόποι για να δέσετε τον κοινό κόμπο παπιγιόν από κορδόνι, και ο ένας είναι ισχυρότερος από τον άλλο, αλλά κανείς δεν ξέρει γιατί. Η ισχυρή εκδοχή του κόμβου βασίζεται σε έναν τετράγωνο κόμπο: δύο δαντελένιες διασταυρώσεις αντίθετου χεριού το ένα πάνω στο άλλο. Η αδύναμη έκδοση βασίζεται σε έναν ψευδή κόμπο. οι δύο διασταυρώσεις δαντέλας έχουν την ίδια ευχέρεια, με αποτέλεσμα ο κόμπος να στρίβει αντί να ξαπλώνει όταν σφίγγεται.

Η τρέχουσα μελέτη δείχνει ότι και οι δύο εκδόσεις αποτυγχάνουν με τον ίδιο τρόπο και θέτει τις βάσεις για μελλοντική έρευνα για το γιατί οι δύο παρόμοιες δομές έχουν διαφορετικές δομικές ακεραιότητες.

"Προσπαθούμε να κατανοήσουμε τους κόμβους από την άποψη της μηχανικής, όπως γιατί μπορείτε να πάρετε δύο σκέλη και να τα συνδέσετε με έναν συγκεκριμένο τρόπο που μπορεί να είναι πολύ ισχυρό, αλλά ένας άλλος τρόπος σύνδεσής τους είναι πολύ αδύναμος", λέει ο Oliver O'Reilly, καθηγητής μηχανολογίας, του οποίου το εργαστήριο διεξήγαγε την έρευνα. «Μασταν σε θέση να δείξουμε ότι ο αδύναμος κόμπος θα αποτύχει πάντα και ο ισχυρός κόμπος θα αποτύχει σε μια συγκεκριμένη χρονική κλίμακα, αλλά ακόμα δεν καταλαβαίνουμε γιατί υπάρχει μια θεμελιώδης μηχανική διαφορά μεταξύ αυτών των δύο κόμβων».

Ο στόχος της νέας μελέτης ήταν να αναπτύξει μια βασική κατανόηση της μηχανικής για το πώς ο κόμπος παπιγιόν κορδονιού ξετυλίγεται κάτω από δυναμικές δυνάμεις. Προηγούμενες μελέτες είχαν περιγράψει πώς οι δομές με κόμπους αποτυγχάνουν υπό παρατεταμένα φορτία, αλλά λίγη έρευνα έχει δείξει πώς οι δομές με κόμπους αποτυγχάνουν υπό τις δυναμικές πιέσεις των μεταβαλλόμενων δυνάμεων και φορτίων.

Το πρώτο βήμα ήταν η καταγραφή της διαδικασίας ενός κόμβου κορδονιού που λύνεται σε αργή κίνηση. Η συγγραφέας και μεταπτυχιακή φοιτήτρια Christine Gregg, δρομέας, έβαλε ένα ζευγάρι παπούτσια για τρέξιμο και έτρεξε σε διάδρομο ενώ οι συνάδελφοί της μαγνητοσκόπησαν τα παπούτσια της.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένας κόμπος παπουτσιών λύνεται έτσι: Όταν τρέχετε, το πόδι σας χτυπά το έδαφος επτά φορές τη δύναμη της βαρύτητας. Ο κόμπος τεντώνεται και στη συνέχεια χαλαρώνει σε απόκριση αυτής της δύναμης. Καθώς ο κόμπος χαλαρώνει, το περιστρεφόμενο πόδι εφαρμόζει μια αδρανειακή δύναμη στα ελεύθερα άκρα των κορδονιών, η οποία οδηγεί γρήγορα σε αστοχία του κόμβου σε μόλις δύο βήματα μετά από αδράνεια που ασκείται στα κορδόνια.

«Για να λύσω τους κόμπους μου, τραβάω την ελεύθερη άκρη ενός παπιγιόν και αυτό αναιρείται. Ο κόμπος του κορδονιού ξεδιπλώνεται λόγω του ίδιου είδους κίνησης », λέει ο Gregg. «Οι δυνάμεις που το προκαλούν δεν προέρχονται από ένα άτομο που τραβάει το ελεύθερο άκρο, αλλά από τις αδρανειακές δυνάμεις του ποδιού που στρέφεται μπρος -πίσω ενώ ο κόμπος χαλαρώνει από το παπούτσι χτυπώντας επανειλημμένα το έδαφος».

Εκτός από τη δυναμική αλληλεπίδραση δυνάμεων στον κόμπο, το βίντεο αποκάλυψε επίσης ένα μεγάλο μέγεθος επιτάχυνσης στη βάση του κόμβου. Για να σκάψουν βαθύτερα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στη συνέχεια ένα εκκρεμές για να περιστρέψουν έναν κόμπο κορδονιού και να δοκιμάσουν μηχανικούς κόμβων χρησιμοποιώντας μια ποικιλία διαφορετικών κορδονιών.

«Ορισμένα κορδόνια μπορεί να είναι καλύτερα από άλλα για να δέσουν κόμπους, αλλά πιστεύουμε ότι οι θεμελιώδεις μηχανικοί που τα κάνουν να αποτυγχάνουν είναι τα ίδια», λέει ο Gregg.

Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης τη θεωρία τους ότι η αύξηση των αδρανειακών δυνάμεων στα ελεύθερα άκρα θα προκαλούσε αποτυχία του κόμβου. Πρόσθεσαν βάρη στα ελεύθερα άκρα των κορδονιών σε έναν περιστροφικό κόμπο και είδαν ότι οι κόμβοι απέτυχαν σε υψηλότερους ρυθμούς καθώς οι αδρανειακές δυνάμεις στα ελεύθερα άκρα αυξάνονταν.

"Χρειάζεστε πραγματικά τόσο την παρορμητική δύναμη στη βάση του κόμβου όσο και τις δυνάμεις έλξης των ελεύθερων άκρων και των βρόχων", λέει η Daily-Diamond. «Φαίνεται ότι δεν μπορείς να αποτύχεις χωρίς τους δύο».

Φυσικά, όταν κάποιος πηγαίνει περπατώντας ή τρέχοντας, τα κορδόνια των παπουτσιών του δεν ξεκολλούν πάντα. Τα σφιχτά δεμένα κορδόνια μπορεί να απαιτούν περισσότερους κύκλους κτυπήματος και αιώρησης των ποδιών για να προκαλέσουν αστοχία στον κόμπο από ό, τι μπορεί να βιώσει κάποιος σε μια μέρα βάδισης ή τρεξίματος. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για να διαχωριστούν όλες οι μεταβλητές που εμπλέκονται στη διαδικασία. Αλλά η μελέτη προσφέρει μια απάντηση στο ενοχλητικό ερώτημα γιατί τα κορδόνια σας φαίνονται ωραία το ένα λεπτό και στη συνέχεια λυθούν το επόμενο.

"Το ενδιαφέρον με αυτόν τον μηχανισμό είναι ότι τα κορδόνια σας μπορεί να είναι καλά για πολύ καιρό και μόνο όταν κάνετε μια μικρή κίνηση για να χαλαρώσετε, αρχίζει αυτό το αποτέλεσμα της χιονοστιβάδας που οδηγεί σε αστοχία", λέει ο Gregg.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

Η μελέτη εμφανίζεται στο Πρακτικά της Βασιλικής Εταιρείας Α.

πηγή: UC Berkeley

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon