Физики-Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли при помощи высокоскоростной съемки выяснили, что причиной развязывания шнурков являются меняющиеся силы при движении ног.
http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/473/2200/20160770
https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/media/137694_web.mp4
Выяснилось, что во время бега нога ударялась о землю с силой, в семь раз превышающей силу тяжести. Это приводило к растягиванию и ослаблению узла. Когда узел ослабевает, инерционная сила воздействует на свободные концы шнурков, окончательно его развязывая.
A new study by mechanical engineers at UC Berkeley finally shows why your shoelaces may keep coming untied. It's a question that everyone asks, often after stopping to retie their shoes, yet one that nobody had investigated until now. The answer, the study suggests, is that a double whammy of stomping and whipping forces acts like an invisible hand, loosening the knot and then tugging on the free ends of your laces until the whole thing unravels.
Основную роль ученые отвели силам инерции, которые тянут за свободные концы шнурков при ускоренном движении стопы, и реакции на удар ноги о поверхность.
"When you talk about knotted structures, if you can start to understand the shoelace, then you can apply it to other things, like DNA or microstructures, that fail under dynamic forces" («Если разобраться со шнурками, можно многое сказать о ДНК и других системах, распадающихся под действием динамических сил»), — говорит соавтор работы Кристофер Дейли-Даймонд из Калифорнийского университета в Беркли.
Целью исследования было понять механику процесса развязывания узла-бантика на шнурках под действием динамических сил. В предыдущих работах описывалось, как развязываются узлы при непрерывных нагрузках, но динамическим изменения сил и нагрузок уделялось мало внимания. Ученые выяснили, что сила, развиваемая при ударе о поверхность, в семь раз превышает силу тяжести. Узел растягивается и ослабляется в ответ на воздействие. Затем поднимающаяся с ускорением нога вызывает силы инерции, тянущие за свободные концы, что может быстро развязать ослабленный узел.
The study is more than an example of science answering a seemingly obvious question. A better understanding of knot mechanics is needed for sharper insight into how knotted structures fail under a variety of forces. Using a slow-motion camera and a series of experiments, the study shows that shoelace knot failure happens in a matter of seconds, triggered by a complex interaction of forces.
В дополнение к динамическому взаимодействию сил на узел высокоскоростная съемка также показала большую величину ускорения у основания узла. «Нужна как импульсная сила в основании узла, так и тянущее усилие на свободных концах и петелях, — поясняет Дейли-Даймонд. — По-видимому, узел не развязывается без обеих компонент». Авторы проверили свои выводы, увеличив веса концов, причем узел стал развязываться намного быстрее.
There are two ways to tie the common shoelace bow tie knot, and one is stronger than the other, but no one knows why. The strong version of the knot is based on a square knot: two lace crossings of opposite handedness on top of each other. The weak version is based on a false knot; the two lace crossings have the same handedness, causing the knot to twist instead of lying flat when tightened. The current study shows that both versions fail in the same way, and lays the groundwork for future investigation into why the two similar structures have different structural integrities.
"We are trying to understand knots from a mechanics perspective, such as why you can take two strands and connect them in a certain way that can be very strong, but another way of connecting them is very weak," said Oliver O'Reilly, a Berkeley professor of mechanical engineering, whose lab conducted the research. "We were able to show that the weak knot will always fail and the strong knot will fail at a certain time scale, but we still do not understand why there's a fundamental mechanical difference between those two knots."
The goal of the new study was to develop a baseline understanding of the mechanics of how a shoelace bow tie knot comes untied under dynamic forces. Previous studies have described how knotted structures fail under sustained loads, but little research has shown how knotted structures fail under the dynamic pressures of changing forces and loads.
The first step was to record the process of a shoelace knot untying in slow motion. Study co-author and graduate student Christine Gregg, a runner, laced up a pair of running shoes and ran on a treadmill while her colleagues filmed her shoes.
The researchers found that a shoelace knot unties like this: When running, your foot strikes the ground at seven times the force of gravity. The knot stretches and then relaxes in response to that force. As the knot loosens, the swinging leg applies an inertial force on the free ends of the laces, which rapidly leads to a failure of the knot in as few as two strides after inertia acts on the laces.
"To untie my knots, I pull on the free end of a bow tie and it comes undone. The shoelace knot comes untied due to the same sort of motion," said Gregg, a Berkeley Chancellor's Fellow. "The forces that cause this are not from a person pulling on the free end, but from the inertial forces of the leg swinging back and forth while the knot is loosened from the shoe repeatedly striking the ground."
In addition to the dynamic interaction of forces on the knot, the footage also revealed a large magnitude of acceleration at the base of the knot. To dig deeper, the researchers then used an impacting pendulum to swing a shoelace knot and test knot mechanics using a variety of different laces.
"Some laces might be better than others for tying knots, but the fundamental mechanics causing them to fail is the same, we believe," Gregg said.
The researchers also tested their theory that increasing inertial forces on the free ends would trigger runaway failure of the knot. They added weights to the free ends of the laces on a swinging knot and saw that knots failed at higher rates as the inertial forces on the free ends increased.
"You really need both the impulsive force at the base of the knot and you need the pulling forces of the free ends and the loops," Daily-Diamond said. "You can't seem to get knot failure without both."
Of course, when a person goes walking or running, their shoelaces don't always come untied. Tightly tied laces can require more cycles of impact and leg swinging to cause knot failure than one might experience in a day's worth of walking or running. More research is needed to tease apart all the variables involved in the process. But the study does offers an answer to the annoying question of why your laces seem fine one minute and then come untied the next.
"The interesting thing about this mechanism is that your laces can be fine for a really long time, and it's not until you get one little bit of motion to cause loosening that starts this avalanche effect leading to knot failure," Gregg said.
Привет! Я робот. Я только что проголосовала за Ваш пост! Я нашла похожий контент, в котором могут быть заинтересованы читатели:
http://www.engineering.com/DesignerEdge/DesignerEdgeArticles/ArticleID/14712/Engineers-Show-Why-Shoelaces-Come-Untied.aspx
вообще-то первоисточник приведен, у вас ошибочная ссылка
@dollars Поздравляю! Вы добились некоторого прогресса на Голосе и были награждены следующими новыми бейджами:
Вы можете нажать на любой бейдж, чтобы увидеть свою страницу на Доске Почета.
Чтобы увидеть больше информации о Доске Почета, нажмите здесь
Если вы больше не хотите получать уведомления, ответьте на этот комментарий словом
стоп
Если вы хотите поддержать проект Доска Почета, вы можете проголосовать за это уведомление.
@dollars Поздравляю! Вы получили личную награду!
С Днём Рождения - 2 лет на Голосе
Вы можете нажать на бейдж, чтобы увидеть свою страницу на Доске Почета.
Приветствую Вас и желаю успехов на платформе Голос!
В этой статье вы сможете найти ответы на большинство вопросов, возникающих у новичков. Также большую подборку ссылок на полезные материалы вы можете найти по этой ссылке
Оперативно получить помощь, вы можете присоединившись к нашему сообществу в Телеграм
Буду признателен, если расскажете, откуда Вы узнали о платформе Голос (ответьте цифрой):
Чтобы быстрей освоится, присоединяйтесь к конкурсу для новичков, который идёт прямо сейчас!
Привет! :)
Мы - проект на Голосе, который направлен на борьбу с плагиатом, копипастой и кражей личности.
Репост скопированных текстов не несет в себе никакой ценности и вредит развитию сообщества Голос, поэтому данный вид постов не приветствуется и рассматривается как неуважительное отношение к сообществу.
Как Вы можете поделиться понравившимся контентом, найденном на просторах интернета? Вот несколько советов:
Вы можете опубликовать ссылку на оригинал контента, при этом в своем посте описать или высказать свое мнение по поводу контента, которым вы делитесь.
Вы можете приводить цитаты в рамках своей авторской статьи, при этом всегда давайте ссылку на оригинал, а цитату оформляйте в кавычки или воспользуйтесь форматированием Markdown. При этом цитаты составляют не более ~20% от всего текста статьи.
Если Вы на самом деле являетесь автором, пожалуйста, скажите об этом, ответив на комментарий.
Если Вы являетесь автором и уже делали верификацию, а мы просим о ней повторно - просим извинить нас. Если автора нет в нашей базе данных, мы ищем верификацию лишь в текущем посте и первом посте автора. Вы нам поможете, если просто оставите ссылку на свою верификацию или же свяжитесь с нами в Telegram чате Культуры Голоса.
Спасибо за сотрудничество!