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

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

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.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

Позавчера, 13:51
23 минуты
Александр Березин

Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.

Вчера, 13:30
2 минуты
Илья Ведмеденко

В результате крушения нового ударного вертолета Ми-28УБ погибли двое летчиков.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

9 декабря
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

Вчера, 13:30
2 минуты
Илья Ведмеденко

В результате крушения нового ударного вертолета Ми-28УБ погибли двое летчиков.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: