Каждый знает, как бы сильно он не затянул шнурки, они всё равно могут развязаться в самый неподходящий момент. Лишь некоторые вместо или после жалоб на судьбу задаются вопросом, почему же это происходит. И только единицы решаются на проведение настоящего научного исследования, чтобы узнать наверняка.
Но не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Прочные узлы необходимы не только для удобного ношения обуви, но и во многих других областях жизни, например, в медицине или технике. Понимание того, какова механика процесса развязывания обычных шнурков, поможет разобраться, как ведут себя и другие узловатые структуры под действием разнонаправленных сил.
Есть два самых распространённых узла-бантика, которые люди используют при завязывании шнурков – один основан на так называемом "прямом узле", второй на "бабьем узле". Со стороны оба узла выглядят одинаково, но до сих пор никто толком не мог объяснить, почему первый из них значительно крепче.
Пробел решила восполнить команда инженеров из Университета Калифорнии в Беркли во главе с Оливером О’Рейли (Oliver O'Reilly).
"Мы пытаемся понять, что представляют собой узлы с точки зрения механики, – рассказывает О’Рейли в пресс-релизе Университета. — Например, почему вы можете взять два конца, соединить их определённым образом вместе и это окажется прочнее, чем, если бы вы это сделали немного другим способом".
Предыдущие работы показывали, как происходит разрушение узла под постоянной нагрузкой. Цель нового исследования состояла в том, чтобы разработать базовое понимание механики процесса развязывания узла под действием динамических сил.
На первом этапе соавтор исследования Кристин Грегг (Christine Gregg) зашнуровала пару кроссовок и бежала по беговой дорожке, в то время как её коллеги записывали на видео всё, что происходило с обувью. Анализ записей показал, что во время удара ноги о землю, сила которого в семь раз превышает силу гравитации, узел сначала растягивается, а затем ослабевает. В этот момент сила инерции тянет свободные концы шнурков вперёд и узел быстро развязывается.
"Для того чтобы развязать шнурки, я тяну за свободные концы и узел распадается. При движении узел развязывается сходным образом, только за концы тянет не человек, а сила инерции от движения ног и ударов о землю", – объясняет Грегг.
Учёные также провели испытания шнурков из разных материалов, завязывая их бантиком на качающемся маятнике. Оказалось, что некоторые разновидности держат узел лучше других, но в конечном итоге все они развязываются. И только загадка повышенной устойчивости прямого узла так и осталась нераскрытой. Исследователи предполагают, что в таком положении шнурки лучше прижимают друг друга и снижают воздействие удара.
"Интересно, что ваши шнурки могут оставаться крепко завязанными достаточно долгое время. Но как только вы сделаете одно особое движение, узел ослабнет и очень скоро развяжется", – говорит Грегг.
Подробнее с результатами необычного эксперимента можно познакомиться в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society A.
