Γιατί λύνονται τα κορδόνια από μόνα τους; Αυτή η ομάδα μπορεί να έχει την απάντηση

Είναι ο όλεθρος όσων φορούν παπούτσια τένις παντού:Ανεξάρτητα από το πόσο σφιχτά δένετε τα κορδόνια σας, φαίνονται να λύνονται, συχνά την πιο ακατάλληλη στιγμή. Τώρα, για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έχουν ξεμπερδέψει γιατί τα κορδόνια των παπουτσιών αποτυγχάνουν. Το έργο αποκαλύπτει επίσης τους καλύτερους κόμπους για να δέσετε και θα μπορούσε να έχει συνέπειες για τα πάντα, από χειρουργική επέμβαση έως νέα φάρμακα για τον καρκίνο.

«Ασχολούμαστε με αυτά που έρχονται λυμένα όλη την ώρα», λέει ο Colin Adams, μαθηματικός στο Williams College στο Williamstown της Μασαχουσέτης, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. "Κι όμως, κανείς δεν βρήκε ποτέ χρόνο για να πει:Γιατί συμβαίνει αυτό;"

Εδώ είναι ένα πράγμα που γνωρίζουμε για τα κορδόνια:Ο "τετράγωνος κόμπος" αντέχει καλύτερα από τον "κόμπο της γιαγιάς". Και οι δύο κόμποι εμφανίζονται περίπου το ίδιο, με δύο θηλιές με αυτιά λαγουδάκι, αλλά η γιαγιά τείνει να περιστρέφεται προς τα πλάγια - ο ένας βρόχος δείχνει προς τα πάνω το παπούτσι και ο άλλος προς τα κάτω. (Εξακολουθείτε να είστε μπερδεμένοι; Δείτε αυτό το βίντεο TED.)

Για να μάθουν γιατί αποτυγχάνουν ακόμη και οι καλύτεροι κόμποι, ο Oliver O'Reilly, μηχανολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, και οι συνεργάτες του έβαλαν έναν εθελοντή σε διάδρομο. Το υποκείμενο της δοκιμής έδεσε τα παπούτσια της με τον πιο αδύναμο κόμπο της γιαγιάς, έτσι ώστε οι ερευνητές να είχαν περισσότερες πιθανότητες να το δουν να ξετυλίγεται. Οι επιστήμονες προσάρτησαν επιταχυνσιόμετρα στα παπούτσια της για να μετρήσουν την επιτάχυνση, ή τη δύναμη g, τον κόμπο που παρατηρείται σε κάθε βήμα.

Χρησιμοποιώντας βίντεο αργής κίνησης, η ομάδα αποκάλυψε δύο στάδια ολίσθησης κόμπων:μια σταδιακή χαλάρωση με κάθε βήμα και μια ξαφνική «καταστροφική αποτυχία». Όταν ο κόμπος άρχισε να ξετυλίγεται, διαλύθηκε μέσα σε δύο βήματα. Οι ερευνητές εξεπλάγησαν από τη δύναμη g που αντιμετώπισε ο κόμπος καθώς χτυπούσε πάνω-κάτω, η οποία ήταν μεγαλύτερη από ό,τι μπορεί να δημιουργήσει οποιοδήποτε τρενάκι.

Το περπάτημα ήταν το κλειδί. Ο ίδιος κόμπος που απέτυχε σε απόσταση 15 μέτρων από το περπάτημα κόλλησε αν οι συμμετέχοντες απλώς πατούσαν τα πόδια τους στο έδαφος ή τα κουνούσαν ενώ κάθονταν σε ένα τραπέζι, αναφέρει η ομάδα σήμερα στο Πρακτικά της Βασιλικής Εταιρείας . Ούτε η πρόσκρουση από μόνη της —πατάδι ή αιώρηση— ήταν αρκετή για να λύσει τους κόμπους.

«Καταφέραμε να δούμε ότι αυτά τα δύο συνδυασμένα αποτελέσματα οδηγούν στην αποτυχία των κόμπων των παπουτσιών», λέει ο O'Reilly. "Χρειάζεσαι και τα δύο μαζί."

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες σχεδίασαν ένα πείραμα για να μετρήσουν πόσο χρόνο χρειάστηκε για να ξετυλιχτούν οι κόμποι και τον ρυθμό με τον οποίο γλίστρησαν τα κορδόνια. Δουλεύοντας με περιορισμένο προϋπολογισμό και δανειζόμενοι εργαστηριακό εξοπλισμό τα Σαββατοκύριακα, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα μηχανικό εκκρεμές που χτύπησε ένα πιάτο. Η ταλάντευση του εκκρεμούς προσέγγιζε τις κινήσεις των ποδιών και η χτύπημα των παπουτσιών με το έδαφος. Το εκκρεμές φορούσε ένα κορδόνι με ζυγισμένα άκρα - το πρόσθετο βάρος χρειαζόταν για να προσομοιώσει πόσο δυνατά χτυπούν τα άκρα στα παπούτσια των δρομέων. Η ομάδα χρησιμοποίησε αυτήν την ελεγχόμενη ρύθμιση για να υπολογίσει τον ακριβή ρυθμό ολίσθησης των κορδονιών παπουτσιών, δεμένα είτε γιαγιά είτε τετράγωνα.

Το πείραμα επιβεβαίωσε τις παρατηρήσεις στον διάδρομο. Και οι δύο κόμβοι αρχικά ξεγλίστρησαν με αργό, σταδιακό ρυθμό με κάθε ταλάντευση και χτύπημα του εκκρεμούς. Τελικά, όμως, τα κορδόνια λύθηκαν αρκετά ώστε να ξεγλιστρούν γρήγορα με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό. Η μελέτη έδειξε επίσης την υπεροχή του τετραγωνικού κόμπου. Αυτός ο νικηφόρος κόμπος απέτυχε περίπου τις μισές φορές (όταν ζυγιζόταν), ενώ ο κόμπος της γιαγιάς απέτυχε πάντα.

Όμως, παρόλο που οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ένας κόμπος είναι πιο ανθεκτικός, εξακολουθούν να μην μπορούν να εξηγήσουν γιατί. Μπορεί να έχει να κάνει με το πώς πιέζονται τα κορδόνια το ένα πάνω στο άλλο μέσα στον κόμπο και την ένταση του κόμπου, λέει ο Adams. "Αν μπορούσατε πραγματικά να προβλέψετε πότε ένας κόμπος πρόκειται να αποτύχει", λέει, "αυτό θα είχε συνέπειες πέρα ​​από τα κορδόνια."

Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει κόμπους που χρησιμοποιούνται σε χειρουργικά ράμματα, σε σκάφη και στην ορειβασία. Αλλά οι κόμβοι υπάρχουν και στο μικροσκοπικό επίπεδο:το DNA δημιουργεί κόμπους και χωρίς κόμπους όταν δημιουργεί αντίγραφα του εαυτού του, για παράδειγμα. Οι επιστήμονες ήδη εκμεταλλεύονται αυτές τις ιδιότητες για να δημιουργήσουν φάρμακα που επιβραδύνουν την ανάπτυξη του όγκου.