あなたの靴紐がいつもアンタッチされている理由

靴ひもが常に解けているように見える理由の背後にある謎は、最終的に解決策を見つけることができます。

この研究は、一見明白な質問に答える科学の例以上のものです。 結び目のメカニズムをよりよく理解することで、さまざまな力の下で結び目の構造がどのように機能しなくなるかについて、より鋭い洞察を得ることができます。

スローモーションカメラと一連の実験を用いて、靴紐の結び目の不具合は、複雑な力の相互作用によって数秒で起こることが示されています。

「結び目のある構造物について話すとき、靴ひもを理解し始めることができれば、力学的な力で失敗するDNAや微細構造のような他の物にも適用できます」とChristopher Daily-Diamond教授、カリフォルニア大学バークレー校で

「これは、ノットが他のものよりも優れている理由を理解するための第一歩です。誰も実際に行っていないのです」


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共通の靴ひもの結び目を結ぶには2通りの方法がありますが、どちらか一方が他のものよりも強いですが、なぜ誰もその理由を知ることはできません。 堅いバージョンの結び目は正方形の結び目に基づいています:2つのレースの交差点が互いに反対側にあります。 弱いバージョンは、偽の結び目に基づいています。 2つのレースの交差点は同じ手を持ち、締め付けたときに横になって横になるのではなく、結び目をひねります。

現在の研究では、両方のバージョンが同じ方法で失敗し、2つの類似した構造が異なる構造インテグリティを持つ理由についての今後の調査の基礎が置かれていることが示されています。

「2本のストランドを使って、非常に強くできる特定の方法で結ぶことができる理由など、メカニックスの観点からノットを理解しようとしていますが、それらを接続する別の方法は非常に弱いです」とオリバー・オライリー研究室が研究を行った機械工学の教授。 「弱い結び目はいつも失敗し、強い結び目は一定の時間スケールで失敗することがわかったが、なぜ2つの結び目の間に基本的な機械的な違いがあるのか​​理解できていない」

新しい研究の目標は、ダイナミックな力の下で靴ひもの結び目の結び目がどのように緩められるかのメカニズムの基礎的な理解を開発することでした。 これまでの研究では、一定の荷重下で結び目のある構造がどのように機能しなくなるかを説明してきましたが、変化する力や荷重の動的な圧力下で結び目のある構造がどのように破壊するかについての研究はほとんどありません。

最初のステップは、スローモーションで靴紐結び目のプロセスを記録することでした。 彼女の同僚が彼女の靴を撮影している間、共著者と大学院生のChristine Gregg(ランナー)はランニングシューズを紐で縛り、トレッドミルで走った。

研究者らは、靴紐の結び目がこれを解き放つことを発見しました。走っているとき、足は重力の7倍で地面に当たっています。 結び目は伸び、その力に応じて緩む。 結び目が緩むにつれて、スイングレッグはレースの自由端に慣性力を加え、靴ひもに慣性が作用した後にわずか2歩の速さで結び目の故障に至る。

"私の結び目を解くために、私は蝶ネクタイの自由端を引っ張り、それは元に戻って来る。 靴紐の結び目は、同じ動きのために緩められます」とGregg氏は言います。 「これを引き起こす力は、人が自由端を引っ張ってくるものではなく、靴が繰り返し地面に当たって結び目が緩められている間に、脚の慣性力が前後に振れるからです。

結び目上の力の動的な相互作用に加えて、映像は結び目の底部で大きな加速度を示した。 もっと深く掘り下げるために、研究者は衝撃的な振り子を使って様々な靴ひもを使って靴ひもの結び目を振り、結び目の力をテストしました。

「結び目を結ぶためには、他のレースよりも良いレースがあるかもしれませんが、基本的な仕組みが失敗する原因は同じです。

研究者らはまた、自由端に慣性力を増加させると結び目の暴走が起こるという理論をテストした。 彼らは揺れた結び目の靴ひもの自由端に重量を加え、自由端の慣性力が増すにつれて結び目がより速く失敗するのを見た。

「結び目の根元に衝動的な力が必要で、自由端とループの引っ張り力が必要です」とDaily-Diamondは言います。 「結び目がなくても結び目に失敗するようなことはありません」

もちろん、人が歩いたり走ったりすると、靴ひもが解けてくるとは限りません。 しっかりと縛られた靴ひもは、一日の歩きや走りの中で経験するかもしれないよりも、結び目の失敗を引き起こすために、より多くのサイクルの衝撃と脚の振りを必要とする可能性があります。 プロセスに関わるすべての変数を分け合わせるためには、より多くの研究が必要です。 しかし、この研究では、あなたのレースが1分に見える理由の迷惑な質問への答えを提供し、次に解き放たれます。

「この機構の興味深い点は、あなたの靴ひもが本当に長い間罰金を科すことができることであり、この雪崩効果を開始して結び目の不具合を引き起こすようなゆるやかな動作を得るまではない」とGregg氏は語る。

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研究はに表示されます 王立協会の議事録.

情報源: カリフォルニア大学バークレー校

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