Ученые установили, почему невозможно избежать развязывания шнурков — Naked Science
12.04.2017
Редакция Naked Science

Ученые установили, почему невозможно избежать развязывания шнурков

Эксперименты показали, что на узел шнурков воздействуют неожиданно мощные силы, сравнимые с перегрузками космонавтов при старте корабля.

uzly_4
©Wikipedia

Разнообразные узлы не только привычный элемент нашего быта, но и предмет изучения для многих научных направлений. Математики исследуют их в рамках теории узлов – особого раздела топологии, науки о свойствах фигур или пространств, остающихся неизменными при непрерывных деформациях. Существуют таблицы узлов, в которых перечислены все типы этих объектов, допускающие проекции на плоскость.

 

Исследуются и практические свойства узлов – например, понятие эффективности узла. Различные силы воздействуют на веревку в узле неравномерно. Например, нити веревки, расположенные на внешней стороне дуги узла, натягиваются сильнее, чем внутренние. Самые популярные узлы ослабляют веревку на 30–60%.  

 

При этом в центре внимания ученых оказываются не только сложные узлы со множеством пересечений. Профессор Калифорнийского университета в Беркли Оливер О’Рейли и его коллеги посвятили свою новую работу обычному обувному «бантику». Этот простейший узел знаком даже детям: идея исследования посетила О’Рейли, когда он учил свою дочь завязывать шнурки. Ученый нашел в Интернете множество видеороликов о том, как завязать узел, но ни одного о том, почему шнурки развязываются сами по себе, как бы тщательно их не затягивали.

 

Стоп-кадр высокоскоростной видеозаписи, созданной в рамках эксперимента 

 

Перед тем, как развязаться окончательно, узел начинает постепенно ослабевать. Чтобы зафиксировать все детали этого процесса, ученым потребовалось немало техники. Узел на кроссовках участницы эксперимента снимала высокоскоростная камера. Чтобы выяснить, каким образом он деформируется, исследователи использовали акселерометр – прибор, измеряющий в том числе силу реакции опоры, возникающую при ускоренном движении.

 

Результаты измерений показали, что шнурки бегуна испытывают воздействие до 7 g. Для сравнения, схожие перегрузки переносят космонавты при старте корабля, а пассажир при взлете самолета испытывает около 1,5 g. Кроме того, взад-вперед двигаются петли узла и свободные концы шнурков – на них воздействует сила инерции, и узел ослабевает.

 

Предполагаемые стадии развязывания узла.

 

То же самое произошло, когда завязанные шнурки подвесили на маятнике – большинство узлов держались не дольше 15 минут. Различные силы, действующие на узел, создают «эффект лавины», и шнурки все равно развязываются. Однако ученые обнаружили, что некоторые типы узлов способны не развязываться дольше других.

 

По словам ученых, это исследование помогло им еще раз поставить вопрос о том, почему одни узлы крепче, чем другие, и какие именно механизмы лежат в их основе.  

 

Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society A: Mathematical and Physical Sciences.

 

Ранее серия экспериментов помогла ученым смоделировать все простейшие узлы, которые образуются, если встряхнуть коробку с проводами. Исследователи также предложили несколько вариантов решения проблемы спутывающихся проводов: от изменения материала до уменьшения размеров коробки.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Позавчера, 19:40
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

Позавчера, 13:03
Алиса Гаджиева

Иранские ученые расшифровали тексты с глиняных табличек времен правления Дария I.

Сегодня, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Позавчера, 19:40
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

19 сентября
Александр Березин

Сегодня на Землю вернулся экипаж Inspiration 4. Пресса уже единодушно пишет об этом так: большой и яркий успех амбициозной космической компании. Без единого профессионала-астронавта — и взлетели выше МКС! Все это правда. Но правда и другое: сам Илон Маск и все, кто хорошо представляют себе пилотируемые космические полеты, находились в напряжении на протяжении троих суток, пока четверо смелых из Inspiration 4 были в космосе. И можно с уверенностью сказать, что впереди у SpaceX, кажется, еще более рискованные полеты. Попробуем разобраться почему.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: