Защо връзките на обувките постоянно се развръзват, обяснено от физиката (видео)

В някои дни просто не ни върви.

Това са от онези дни, в които връзките на обувките постоянно се развръзват. Спираме по средата на улицата, за да ги завържем и се питаме защо, без значение колко стегнато сме ги завързали, това продължава да се случва.

Според изследователите от Университета "Бъркли", Калифорния, причината се корени в инерцията. Тя дърпа връзките напред, което се съчетава с тропането на крака и води до разхлабване на възела.

Тяхното проучване е публикувано в Proceedings of the Royal Society.

Тази взаимовръзка на сили обикновено предизвиква "разпад на връзките" за секунди, както са забелязали учените с помощта на високоскоростна камера при серия от експерименти. Тъй като човешкото стъпало удря повърхността на земята със седем пъти силата на гравитацията, в отговор възлите на обувките се опъват, а след това се отпускат.

Това движение постепенно разхлабва възела, като позволява на инертните сили да действат върху свободните краища на връзките. Целият процес не е по-различен от дърпането на края на вратовръзката, за да се разхлаби. Само че този път инертната сила на крака е причина за разхлабването.

За да потвърдят видеозаписа, учените прибавят тежести към свободните краища на връзките. Оказва се, че така възлите се развързват много повече, защото инертните сили се увеличават. Механиката на възлите е изпробвана с различни видове връзки. Тези допълнителни експерименти потвърждават, че за да се получи разхлабване, са необходими както импулсната сила в основата на възела, така и инерцията, която действа върху краищата на връзките. Затягането на възела може да помогне, защото за отпускането му се изискват повече кръгове на докосване и клатене на краката

"Интересното за този механизъм е, че връзките могат да бъдат идеални наистина дълго време, докато едно малко движение не причини разхлабване, което като ефект на лавина води до разпадане на възела", обяснява дипломантът Кристин Грег (Christine Gregg), която е била участник в проучването чрез тичане по пътечка, докато нейните колеги я заснемат.

Нещо повече двата най-разспространени вида възли на обувки се развързват по един и същи начин, въпреки че единият е по-дълъг структурно от другия. 

"Опитваме се да разберем възлите от механична гледна точка, като защо човек взима два краища и ги свързва по определен начин, който може да е много силен, но друг начин на свързване може да е много слаб", обяснява Оливър О`Райли, професор по механоинженерство в "Бъркли", чиято лаборатория извършва проучването. "Успяхме да покаже, че слабият възел винаги ще се провали, а силният само в определени случаи, но все още не разбираме има фундаментална механична разлика между двата възела", казва О`Райли, цитиран от ZME Science.

^{Източник: Christopher Daily-Diamond}

Отвъд отговора на този жизнен въпрос, който си задават всички хора по света, физиците включват разхлабването на връзките на обувки и в други приложения. Възлови структури има навсякъде в природата, като ДНК и микроструктурите. Те не подлежат на силите на динамиката, но някои възли са по-добри от други. Предсказването на това кога възелът ще се разпадне би имало огромно приложение отвъд връзките за обувки. 

Още по темата

28/11/2016

Технологии

Учени: Зимните обувки са опасни (видео)