Mysteriet bakom varför dina skosnören ständigt verkar lösa upp sig kan äntligen få en lösning.

Studien är mer än ett exempel på vetenskap som svarar på en till synes uppenbar fråga. En bättre förståelse för knutmekanik kan ge skarpare inblick i hur knutna strukturer misslyckas under olika krafter.

Med hjälp av en slow motion-kamera och en serie experiment visar studien att skottkoppsfel händer om några sekunder, utlöst av en komplex växelverkan.

"När du pratar om knutna strukturer, om du kan börja förstå skosnören, kan du applicera den på andra saker, som DNA eller mikrostrukturer, som misslyckas under dynamiska krafter", säger Christopher Daily-Diamond, studerar medförfattare och doktorand vid University of California, Berkeley.

"Detta är det första steget mot att förstå varför vissa knutar är bättre än andra, som ingen verkligen har gjort."

Det finns två sätt att knyta den gemensamma snören, och en är starkare än den andra, men ingen vet varför. Den starka versionen av knuten är baserad på en kvadratknut: två spetsövergångar av motsatt handedness ovanpå varandra. Den svaga versionen är baserad på en falsk knut; de två spetsövergångarna har samma handedness, vilket gör att knuten vrids istället för att ligga platt när den skärps.

Den aktuella undersökningen visar att båda versionerna misslyckas på samma sätt och lägger grunden för framtida undersökningar av varför de två liknande strukturerna har olika strukturella integritet.

"Vi försöker förstå knutar från ett mekanikperspektiv, till exempel varför du kan ta två strängar och ansluta dem på ett visst sätt som kan vara mycket starka, men ett annat sätt att ansluta dem är väldigt svagt", säger Oliver O'Reilly, en professor i maskinteknik, vars laboratorium utförde forskningen. "Vi kunde visa att den svaga knuten alltid kommer att misslyckas och den starka knuten kommer att misslyckas vid en viss tidsskala, men vi förstår fortfarande inte varför det finns en grundläggande mekanisk skillnad mellan de två knutarna."

Målet med den nya studien var att utveckla en baslinje förståelse för mekaniken för hur en skosnöre knut knut kommer otunnad under dynamiska krafter. Tidigare studier har beskrivit hur knutna strukturer misslyckas under långvarig belastning, men lite forskning har visat hur knutna strukturer misslyckas under det dynamiska trycket av förändrade krafter och belastningar.

Det första steget var att registrera processen för en skyttelknut som släpptes i slowmotion. Studie medförfattare och doktorand Christine Gregg, en löpare, laced upp ett par löparskor och sprang på en löpband medan hennes kollegor filmade hennes skor.

Forskarna fann att en skyttelknut härskar så här: När du kör, träffar din fot marken vid sju gånger tyngdkraften. Knuten sträcker sig och sedan slappnar av som svar på den kraften. När knuten lossnar, applicerar det svängande benet en tröghetskraft på snören, som snabbt leder till att knutens knäppning är så liten som två steg efter inerti verkar på snören.

"För att lossa mina knutar, drar jag på den fria änden av ett slips och det kommer att bli ångrat. Skyttelknutaren kommer otunnad på grund av samma slags rörelse, säger Gregg. "De krafter som orsakar det här är inte från en person som drar på den fria änden, men från benets tröghetskrafter som svänger fram och tillbaka medan knuten lossnar från skon som upprepade gånger träffar marken."

Förutom den dynamiska interaktionen mellan krafterna på knuten visade uppspelningen också en stor accelerationshastighet vid knutens botten. Att gräva djupare, använde forskarna sedan en påverkande pendel för att svänga en skyttelknut och testknutarmekanik med en mängd olika snören.

"Vissa snören kan vara bättre än andra för att knyta knutar, men de grundläggande mekanikerna som får dem att misslyckas är samma, vi tror," säger Gregg.

Forskarna testade också sin teori om att ökande tröghetskrafter på de fria ändarna skulle utlösa en omedelbar fel i knuten. De lade vikter till de fria ändarna av snören på en svängande knut och såg att knutar misslyckades vid högre hastigheter, eftersom tröghetskrafterna på de fria ändarna ökade.

"Du behöver verkligen både den impulsiva kraften på knutens botten och du behöver dragkrafterna för de fria ändarna och looparna", säger Daily-Diamond. "Du kan inte tyckas få knytsfel utan båda."

Självklart när en person går eller går, kommer deras skosnören inte alltid att vara bundna. Tätt bundna snören kan kräva fler cykler av slag och ben som svänger för att orsaka knutfel än man kan uppleva i en dags värde att gå eller springa. Mer forskning behövs för att reta ut alla variabler som är inblandade i processen. Men studien ger ett svar på den irriterande frågan om varför din snörpinne verkar bra en minut och sedan bli bunden nästa.

"Det intressanta med den här mekanismen är att dina snören kan vara bra under en mycket lång tid, och det är inte förrän du får en liten rörelse för att orsaka lossning som börjar denna lavin effekt som leder till knytsfel", säger Gregg.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

Studien visas i Förlopp av Royal Society A.

Källa: UC Berkeley

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon