چرا گره بند کفش‌ها باز می‌شوند؟

به گزارش گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از futurity،در این پژوهش از یک دوربین حرکت آهسته و یک سری آزمایش استفاده شد. نتایج حاصل حاکی از آن است که باز شدن گره بند کفش در چند ثانیه اتفاق می‌افتد که تداخل پیچیده‌ای از نیروها دلیل اصلی آن رویداد است.

کریستوفر دیلی دایمند، سرپرست این تحقیق، می‌گوید: «وقتی که صحبت از ساختار گره‌ها می‌شود اگر بتوان درک بهتری از گره‌های ساده به دست آورد، می‌توان بینش دقیق‌تری به ساختارهای دیگر مانند DNA و ریزساختارها که تحت نیروهای دینامیکی تحلیل می‌روند، داشت. این پژوهش اولین گام به سوی درک بهتر این موضوع است که چرا برخی گره‌های خاص بهتر از بقیه عمل می‌کنند».

برای گره زدن بند کفش دو راه وجود دارد که یک گره قوی‌تر از دیگری است اما کسی نمی‌داند چرا. گره قوی‌تر یک گره مربعی است: دو بند از دست مخالف عبور می‌کنند و روی یکدیگر قرار می‌گیرند. گره ضعیف یک گره نادرست است: دو بند دارای دست مشابه هستند که باعث می‌شود گره در هنگام تنگ کردن پیچ و تاب بخورد. نتایج مطالعه کنونی نشان می‌دهد که هر دو گره به مرور زمان باز می‌شوند.

اولیور اورایلی، استاد مهندسی مکانیک، می‌گوید: «در حال تلاش هستیم تا از دیدگاه مکانیک درک بهتری نسبت به گره‌ها به دست آوریم. توانستیم نشان دهیم که گره ضعیف همیشه باز می‌شود و گره قوی نیز در یک مقیاس زمانی معین باز می‌شود اما هنوز نمی‌دانیم که چرا یک تفاوت مکانیکی اساسی بین این دو گره وجود دارد».

اولین اقدام در مطالعه جدید ثبت فرآیند باز شدن گره بندکفش به صورت حرکت آهسته بود. کریستین گرگ، دیگر سرپرست این پژوهش، یک جفت کفش ورزشی به پا کرد و شروع به دویدن روی یک تردمیل کرد، در حالی همکارش از کفش‌های او فیلمبرداری می‌کرد.

دانشمندان متوجه شدند که گره بند کفش این گونه باز می‌شود: در هنگام دویدن، پای شما با نیروی هفت برابر از نیروی جاذبه به زمین برخورد می‌کند؛ سپس در پاسخ به فشار وارده گره کش آمده سپس شل می‌شود. همانطور که گره شل می‌شود، پای در حال نوسان نیرویی اینرسی را به انتهای آزاد بند کفش وارد می‌کند که سریعا منجر به از هم باز شدن گره می‌شود. (نیروی اینرسی: تمایل ماده به حفظ وضع حرکتی خود؛ یعنی ماده‌ ساکن می‌خواهد ساکن بماند و ماده‌ در حرکت می‌خواهد در همان جهت قبلی حرکت کند مگر آنکه تحت تاثیر نیروى دیگرى قرار گیرد.)

گرگ اظهار کرد: «برای باز کردن گره‌های من، انتهای آزاد گره پاپیونی را می‌کشم و گره باز می‌شود. گره بند کفش نیز توسط حرکتی مشابه باز می‌شود. نیرویی که موجب این امر می‌شود در واقع نیروهای اینرسی پای در حال حرکت به سمت جلو و عقب است. گره‌ها به دلیل برخورد مکرر پا به زمین شل می‌شوند».

علاوه بر تعامل دینامیکی نیروها روی گره، فیلم مقدار زیادی شتاب را در پایه گره نشان داد. محققان از یک آونگ روی گره بند کفش استفاده کردند تا مکانیک گره را با استفاده از بندهای مختلفی آزمایش کنند.

برخی از بندها برای گره زدن کفش مناسب‌تر از بقیه هستند اما مکانیک اساسی که موجب از هم باز شدن گره می‌شود، یکی است. پژوهشگران همچنین نظریه خود مبنی بر این که افزایش نیروی اینرسی بر انتهای آزاد بندها موجب از هم بازشدن سریع‌تر گره می‌شود را مورد آزمایش قرار دادند. بدین ترتیب محققان به انتهای آزاد بندهای یک گره وزن اضافه افزودند؛ مشخص شد که با افزایش نیروی اینرسی بر انتهای آزاد بند، گره نیز به مراتب زودتر از هم باز می‌شود.

مترجم: هانا حیدری