Un nuevo estudio realizado por ingenieros mecánicos de UC Berkeley finalmente muestra por qué los cordones de los zapatos pueden seguir desatandose. Es una pregunta que todos hacen a menudo, después de detenerse para volver a atarse los zapatos, sin embargo, uno que nadie había investigado hasta ahora. La respuesta, el estudio sugiere, es que un doble golpe de pisadas y azotes actúa como una mano invisible, aflojando el nudo y luego tirando de los extremos libres de los cordones hasta que todo se deshaga.

El estudio es más que un ejemplo de ciencia que responde a una pregunta aparentemente obvia. Se necesita una mejor comprensión de la mecánica de los nudos para comprender mejor 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 de los cordones de los zapatos ocurre en cuestión de segundos, desencadenado por una compleja interacción de fuerzas.

"Cuando se habla de estructuras anudadas, si puedes empezar a entender el cordón de los zapatos, entonces puedes aplicarlo a otras cosas, como ADN o microestructuras, que fallan bajo fuerzas dinámicas, "dijo Christopher Daily-Diamond, coautor del estudio y estudiante de posgrado en Berkeley. "Este es el primer paso para comprender por qué ciertos nudos son mejores que otros, que nadie ha hecho realmente ".

El estudio se publicará el 12 de abril en la revista Actas de la Royal Society A .

Hay dos formas de atar el nudo común de la pajarita con cordones de zapatos, y uno es más fuerte que el otro, pero nadie sabe por qué. La versión fuerte del nudo se basa en un nudo cuadrado:dos cruces de encaje de mano opuesta uno encima del otro. La versión débil se basa en un nudo falso; los dos cruces de encaje tienen la misma mano, haciendo que el nudo se retuerza en lugar de quedar 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, por ejemplo, por qué puede tomar dos hebras y conectarlas de cierta manera que puede ser muy fuerte, pero otra forma de conectarlos es muy débil, "dijo Oliver O'Reilly, un profesor de ingeniería mecánica de Berkeley, cuyo laboratorio llevó a cabo 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 era desarrollar una comprensión básica de la mecánica de cómo un nudo de corbata de lazo de cordón de zapato se desata bajo fuerzas dinámicas. Estudios anteriores 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 grabar el proceso de desatar un nudo de cordones en cámara lenta. Coautora del estudio y estudiante de posgrado Christine Gregg, un corredor, se ató un par de zapatos para correr y corrió en una cinta mientras sus colegas filmaban sus zapatos.

Los investigadores encontraron que un nudo de cordón de zapato se desata así:al correr, tu pie golpea el suelo a siete veces la fuerza 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 pasos después de que la inercia actúa sobre los cordones.

"Para desatar mis nudos, Tiro del extremo libre de una pajarita y se deshace. El nudo del cordón se desata debido al mismo tipo de movimiento, "dijo Gregg, becario del canciller de Berkeley. "Las fuerzas que causan esto no provienen de una persona que tira del extremo libre, sino de las fuerzas inerciales de la pierna que se balancea hacia adelante y hacia atrás mientras se afloja el nudo del zapato que golpea repetidamente el suelo ".

Además de la interacción dinámica de fuerzas sobre el nudo, las imágenes también revelaron una gran magnitud de aceleración en la base del nudo. Para profundizar más Luego, los investigadores usaron un péndulo impactante para balancear un nudo de cordones de zapatos y probar la mecánica del nudo usando una variedad de cordones diferentes.

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

Los investigadores también probaron su teoría de que el aumento de las fuerzas de inercia en los extremos libres desencadenaría una falla descontrolada del nudo. Agregaron pesos a los extremos libres de los cordones en un nudo oscilante y vieron que los nudos fallaban a mayor velocidad a medida que aumentaban las fuerzas de inercia en los extremos libres.

"Realmente necesitas tanto la fuerza impulsiva en la base del nudo como las fuerzas de tracción de los extremos libres y los bucles, "Dijo Daily-Diamond." Parece que no se puede fallar el nudo sin ambos ".

Por supuesto, cuando una persona camina o corre, sus cordones no siempre se desatan. Los cordones bien atados pueden requerir más ciclos de impacto y balanceo de la pierna para causar una falla en el nudo de lo que uno podría experimentar en un día de caminata o carrera. 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 un minuto y luego se desatan al siguiente.

"Lo interesante de este mecanismo es que tus cordones pueden estar bien durante mucho tiempo, y no es hasta que obtiene un poco de movimiento para causar aflojamiento que comienza este efecto de avalancha que conduce a la falla del nudo, "Dijo Gregg.