Het mysterie achter waarom je schoenveters zichzelf constant los lijken te maken, kan eindelijk een oplossing hebben.

De studie is meer dan een voorbeeld van wetenschap die een schijnbaar voor de hand liggende vraag beantwoordt. Een beter begrip van de knoopmechanica zou een scherper inzicht kunnen geven in hoe geknoopte structuren onder verschillende krachten falen.

Met behulp van een slow-motioncamera en een reeks experimenten, laat de studie zien dat de knoop in de schoenveterknoop in een kwestie van seconden gebeurt, veroorzaakt door een complexe interactie van krachten.

"Als je het hebt over geknoopte structuren, als je de schoenveter kunt beginnen te begrijpen, dan kun je het toepassen op andere dingen, zoals DNA of microstructuren, die falen onder dynamische krachten", zegt Christopher Daily-Diamond, co-auteur en een afgestudeerde student aan de University of California, Berkeley.

"Dit is de eerste stap om te begrijpen waarom bepaalde knopen beter zijn dan andere, wat niemand echt heeft gedaan."

Er zijn twee manieren om de knoop van de knoop van de algemene schoenveter te binden, en de een is sterker dan de andere, maar niemand weet waarom. De sterke versie van de knoop is gebaseerd op een vierkante knoop: twee kanten kruisingen van tegenover elkaar geplaatste hand boven op elkaar. De zwakke versie is gebaseerd op een valse knoop; de twee kanten kruisingen hebben dezelfde handigheid, waardoor de knoop draait in plaats van plat te liggen als deze wordt aangedraaid.

De huidige studie laat zien dat beide versies op dezelfde manier falen en legt de basis voor toekomstig onderzoek naar de reden waarom de twee vergelijkbare structuren verschillende structurele integraties hebben.

"We proberen knopen te begrijpen vanuit een mechanisch perspectief, zoals waarom je twee delen kunt nemen en ze op een bepaalde manier kunt verbinden die heel sterk kan zijn, maar een andere manier om ze te verbinden is erg zwak", zegt Oliver O'Reilly, een professor in de machinebouw, wiens lab het onderzoek uitvoerde. "We konden aantonen dat de zwakke knoop altijd zal falen en dat de sterke knoop op een bepaalde tijdschaal zal falen, maar we begrijpen nog steeds niet waarom er een fundamenteel mechanisch verschil is tussen die twee knopen."

Het doel van de nieuwe studie was om een ​​basisbegrip te ontwikkelen van de mechanica van hoe een knoop van een veter knoopje loskomt onder dynamische krachten. Eerdere studies hebben beschreven hoe geknoopte constructies falen onder aanhoudende belastingen, maar weinig onderzoek heeft aangetoond hoe geknoopte constructies uitvallen onder de dynamische druk van veranderende krachten en belastingen.

De eerste stap was om het proces vast te leggen van een veter knoop die het ontbinden in slow motion. Studeer co-auteur en afgestudeerde student Christine Gregg, een hardloper, rijgen een paar loopschoenen aan en renden op een loopband terwijl haar collega's haar schoenen filmden.

De onderzoekers ontdekten dat een veter knoop knoopt als volgt: Bij het lopen, raakt je voet de grond met zeven keer de zwaartekracht. De knoop strekt zich uit en ontspant vervolgens in reactie op die kracht. Als de knoop losser wordt, oefent het zwaaiende been een traagheidskracht uit op de vrije uiteinden van de veters, wat snel leidt tot het falen van de knoop in slechts twee passen nadat de traagheid inwerkt op de veters.

"Om mijn knopen los te maken, trek ik aan het vrije uiteinde van een vlinderdas en het komt ongedaan gemaakt. De veter knoop komt ongebonden vanwege dezelfde soort beweging, "zegt Gregg. "De krachten die dit veroorzaken zijn niet van een persoon die aan het vrije uiteinde trekt, maar van de inertiekrachten van het been dat heen en weer slingert terwijl de knoop wordt losgemaakt van de schoen die herhaaldelijk de grond raakt."

Naast de dynamische interactie van krachten op de knoop, onthulden de beelden ook een grote versnelling aan de basis van de knoop. Om dieper te graven, gebruikten de onderzoekers vervolgens een inslaande slinger om een ​​knoop in de schoenveter te slingeren en de knoopmechanica te testen met behulp van verschillende veters.

"Sommige veters zijn misschien beter dan andere om knopen te maken, maar de fundamentele mechanismen die ervoor zorgen dat ze falen, is hetzelfde, geloven we," zegt Gregg.

De onderzoekers testten ook hun theorie dat het vergroten van de traagheidskrachten aan de vrije uiteinden zou leiden tot weglatingstekort van de knoop. Ze voegden gewichten toe aan de vrije uiteinden van de veters op een zwaaiende knoop en zagen dat de knopen in hogere snelheden faalden toen de traagheidskrachten aan de vrije uiteinden toenamen.

"Je hebt echt zowel de impulsieve kracht aan de basis van de knoop nodig en je hebt de trekkrachten van de vrije uiteinden en de lussen nodig," zegt Daily-Diamond. "Je kunt geen knopen mislukken zonder beide."

Natuurlijk, wanneer een persoon gaat lopen of rennen, komen zijn veters niet altijd los. Strak vastgebonden veters kunnen meer impactkuren vereisen en het slingeren van de benen kan leiden tot knoopstoring dan men zou kunnen ervaren in een dag wandelen of hardlopen. Meer onderzoek is nodig om alle variabelen die bij het proces zijn betrokken, van elkaar te scheiden. Maar de studie biedt wel een antwoord op de vervelende vraag waarom je veters er op het eerste moment goed uitzien en dan de volgende ongebonden worden.

"Het interessante van dit mechanisme is dat je veters lang goed kunnen blijven, en pas als je een klein beetje beweging krijgt om losraken te veroorzaken, begint dit lawine-effect, wat leidt tot knoopstoring," zegt Gregg.

{youtube}_-aiynIphTw{/youtube}

De studie verschijnt in het Proceedings van de Royal Society A.

Bron: UC Berkeley

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon