El misterio detrás de por qué los cordones de tus zapatos parecen desatarse constantemente podría finalmente tener una solución.

El estudio es más que un ejemplo de ciencia que responde a una pregunta aparentemente obvia. Una mejor comprensión de la mecánica de los nudos podría proporcionar una visión más clara de cómo las estructuras anudadas fallan bajo una variedad de fuerzas.

Usando una cámara de cámara lenta y una serie de experimentos, el estudio muestra que la falla del nudo del cordón ocurre en cuestión de segundos, desencadenada por una compleja interacción de fuerzas.

"Cuando hablas de estructuras anudadas, si puedes comenzar a entender el cordón, puedes aplicarlo a otras cosas, como ADN o microestructuras, que fallan bajo fuerzas dinámicas", dice Christopher Daily-Diamond, coautor del estudio y estudiante de posgrado. en la Universidad de California, Berkeley.

"Este es el primer paso para comprender por qué ciertos nudos son mejores que otros, lo que nadie ha hecho realmente".

Hay dos formas de atar el nudo de corbata de lazo común, y una es más fuerte que la otra, pero nadie sabe por qué. La versión fuerte del nudo se basa en un nudo cuadrado: dos cruces de cordones de lados opuestos uno encima del otro. La versión débil se basa en un nudo falso; los dos cruces de encaje tienen la misma mano, lo que hace que el nudo se retuerza en lugar de estar plano cuando se aprieta.

El estudio actual muestra que ambas versiones fallan de la misma manera, y sienta las bases para futuras investigaciones sobre por qué las dos estructuras similares tienen diferentes integridades estructurales.

"Estamos tratando de entender los nudos desde una perspectiva mecánica, como por qué puedes tomar dos hilos y conectarlos de una cierta manera que puede ser muy fuerte, pero otra forma de conectarlos es muy débil", dice Oliver O'Reilly, un profesor de ingeniería mecánica, cuyo laboratorio realizó la investigación. "Pudimos demostrar que el nudo débil siempre fallará y el nudo fuerte fallará en una determinada escala de tiempo, pero todavía no entendemos por qué hay una diferencia mecánica fundamental entre esos dos nudos".

El objetivo del nuevo estudio fue desarrollar una comprensión básica de la mecánica de cómo un nudo de corbata de lazo se desata bajo fuerzas dinámicas. Estudios previos han descrito cómo las estructuras anudadas fallan bajo cargas sostenidas, pero poca investigación ha demostrado cómo las estructuras anudadas fallan bajo las presiones dinámicas de fuerzas y cargas cambiantes.

El primer paso fue registrar el proceso de desatar un nudo de cordón en cámara lenta. La coautora del estudio y estudiante graduada Christine Gregg, una corredora, se ató un par de zapatillas para correr y corrió en una cinta de correr mientras sus colegas filmaban sus zapatos.

Los investigadores descubrieron que un nudo de cordón se desata así: al correr, tu pie golpea el suelo a una fuerza siete veces mayor que la de la gravedad. El nudo se estira y luego se relaja en respuesta a esa fuerza. A medida que el nudo se afloja, la pierna oscilante aplica una fuerza de inercia en los extremos libres de los cordones, lo que conduce rápidamente a una falla del nudo en tan solo dos zancadas después de que la inercia actúa sobre los cordones.

"Para desatar mis nudos, tiro del extremo libre de una pajarita y se desabrocha. El nudo del cordón se desata debido al mismo tipo de movimiento ", dice Gregg. "Las fuerzas que causan esto no provienen de una persona que tira del extremo libre, sino de las fuerzas de inercia de la pierna que se balancea hacia adelante y hacia atrás mientras el nudo se suelta del zapato golpeando repetidamente el suelo".

Además de la interacción dinámica de las fuerzas en el nudo, el metraje también reveló una gran magnitud de aceleración en la base del nudo. Para cavar más profundo, los investigadores usaron un péndulo impactante para balancear un nudo de cordón y probar la mecánica de nudos usando una variedad de cordones diferentes.

"Algunos cordones pueden ser mejores que otros para atar nudos, pero la mecánica fundamental que los hace fallar es la misma, creemos", dice Gregg.

Los investigadores también probaron su teoría de que el aumento de las fuerzas de inercia en los extremos libres desencadenaría la falla incontrolada del nudo. Añadieron pesos a los extremos libres de los cordones en un nudo oscilante y vieron que los nudos fallaban a tasas más altas a medida que aumentaban las fuerzas de inercia en los extremos libres.

"Realmente necesita tanto la fuerza impulsiva en la base del nudo y necesita las fuerzas de tracción de los extremos libres y los bucles", dice Daily-Diamond. "Parece que no puedes obtener un nudo sin ambos".

Por supuesto, cuando una persona va caminando o corriendo, sus cordones no siempre se desatan. Los cordones bien atados pueden requerir más ciclos de impacto y balanceo de las piernas para causar fallas en los nudos que lo que uno podría experimentar en un día de caminar o correr. Se necesita más investigación para separar todas las variables involucradas en el proceso. Pero el estudio ofrece una respuesta a la molesta pregunta de por qué sus cordones parecen estar bien por un minuto y luego se desatan el siguiente.

"Lo interesante de este mecanismo es que tus cordones pueden estar bien por un tiempo realmente largo, y no es hasta que tienes un poco de movimiento que causa un aflojamiento que inicia este efecto de avalancha que conduce a la falla del nudo", dice Gregg.

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El estudio aparece en el Procedimientos de la Royal Society A.

Fuente: UC Berkeley

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