Il mistero dietro il motivo per cui i lacci delle scarpe sembrano costantemente slacciarsi potrebbe finalmente avere una soluzione.

Lo studio è più di un esempio di scienza che risponde a una domanda apparentemente ovvia. Una migliore comprensione della meccanica del nodo potrebbe fornire una visione più precisa del modo in cui le strutture annodate cedono sotto una varietà di forze.

Utilizzando una telecamera a movimento lento e una serie di esperimenti, lo studio dimostra che il fallimento del nodo laccio si verifica in pochi secondi, innescato da una complessa interazione di forze.

"Quando parli di strutture annodate, se riesci a capire il laccio delle scarpe, puoi applicarlo ad altre cose, come il DNA o le microstrutture, che falliscono sotto le forze dinamiche", afferma Christopher Daily-Diamond, coautore di studio e studente laureato all'Università della California, Berkeley.

"Questo è il primo passo verso la comprensione del perché certi nodi siano migliori degli altri, cosa che nessuno ha mai fatto".

Ci sono due modi per legare il comune nodo laccio da cravatta, e uno è più forte dell'altro, ma nessuno sa perché. La versione forte del nodo si basa su un nodo quadrato: due traversine in pizzo di mani opposte una sopra l'altra. La versione debole è basata su un nodo falso; le due traversine di pizzo hanno la stessa prontezza, facendo ruotare il nodo invece di distendersi quando si stringe.

L'attuale studio mostra che entrambe le versioni falliscono nello stesso modo e gettano le basi per future indagini sul perché le due strutture simili abbiano differenti integrazioni strutturali.

"Stiamo cercando di capire i nodi dal punto di vista della meccanica, ad esempio perché puoi prendere due fili e connetterli in un certo modo che può essere molto forte, ma un altro modo di collegarli è molto debole", dice Oliver O'Reilly, un professore di ingegneria meccanica, il cui laboratorio ha condotto la ricerca. "Siamo stati in grado di dimostrare che il nodo debole fallirà sempre e il nodo forte fallirà ad una certa scala temporale, ma non capiamo ancora perché c'è una differenza meccanica fondamentale tra questi due nodi".

L'obiettivo del nuovo studio era quello di sviluppare una comprensione di base della meccanica di come un laccio da cravatta si sciolga sotto le forze dinamiche. Precedenti studi hanno descritto come le strutture annodate falliscono sotto carichi sostenuti, ma poche ricerche hanno dimostrato come le strutture annodate falliscano sotto le pressioni dinamiche di forze e carichi variabili.

Il primo passo è stato registrare il processo di scioglimento dei lacci delle scarpe al rallentatore. La coautrice e laureanda Christine Gregg, una runner, ha allacciato un paio di scarpe da corsa e ha corso su un tapis roulant mentre i suoi colleghi le hanno filmato le scarpe.

I ricercatori hanno scoperto che un laccio delle scarpe si separa in questo modo: quando si corre, il piede colpisce il terreno a sette volte la forza di gravità. Il nodo si allunga e poi si rilassa in risposta a quella forza. Quando il nodo si allenta, la gamba oscillante applica una forza inerziale alle estremità libere dei lacci, il che porta rapidamente a un cedimento del nodo in meno di due falcate dopo che l'inerzia agisce sui lacci.

"Per sciogliere i miei nodi, prendo l'estremità libera di un papillon e si disfa. Il nodo del laccio delle scarpe viene slegato a causa dello stesso tipo di movimento ", afferma Gregg. "Le forze che causano questo non provengono da una persona che tira la parte libera, ma dalle forze inerziali della gamba che oscillano avanti e indietro mentre il nodo viene allentato dalla scarpa che colpisce ripetutamente il terreno."

Oltre all'interazione dinamica delle forze sul nodo, il filmato ha rivelato anche una grande entità di accelerazione alla base del nodo. Per scavare più a fondo, i ricercatori hanno poi usato un pendolo che colpisce per far oscillare un nodo di merletto e testare la meccanica dei nodi usando una varietà di lacci diversi.

"Alcuni lacci potrebbero essere migliori di altri per legare nodi, ma la meccanica fondamentale che li ha portati a fallire è la stessa, crediamo", dice Gregg.

I ricercatori hanno anche testato la loro teoria che l'aumento delle forze inerziali sulle estremità libere avrebbe innescato il fallimento del nodo. Aggiungevano pesi alle estremità libere dei lacci su un nodo oscillante e vedevano che i nodi fallivano a velocità più alte mentre le forze inerziali sulle estremità libere aumentavano.

"Hai davvero bisogno sia della forza impulsiva alla base del nodo e hai bisogno delle forze di trazione delle estremità libere e degli anelli", dice Daily-Diamond. "Non riesci a ottenere un fallimento senza entrambi."

Naturalmente, quando una persona va a camminare o correre, i lacci delle scarpe non vengono sempre sciolti. I lacci strettamente legati possono richiedere più cicli di impatto e oscillazione delle gambe per causare l'insuccesso del nodo di quanto si possa provare in un giorno di camminata o corsa. Sono necessarie ulteriori ricerche per separare tutte le variabili coinvolte nel processo. Ma lo studio offre una risposta alla fastidiosa domanda sul perché i tuoi lacci sembrano bene un minuto e poi vengono slegati il ​​prossimo.

"La cosa interessante di questo meccanismo è che i tuoi lacci possono andare bene per un tempo molto lungo, e non è fino a quando non si ottiene un po 'di movimento per causare allentamento che inizia questo effetto valanga che porta al fallimento del nodo", dice Gregg.

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Lo studio appare nel Atti della Royal Society A.

Fonte: UC Berkeley

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