Kenapa Shoelaces Anda Sentiasa Akan Datang

Kenapa Shoelaces Anda Sentiasa Akan Datang

Misteri di belakang mengapa tali kasut anda sentiasa kelihatan melepaskan diri mereka akhirnya dapat menyelesaikannya.

Kajian ini adalah lebih daripada satu contoh sains yang menjawab soalan yang jelas. Pemahaman yang lebih baik mengenai mekanik simpulan dapat memberikan gambaran yang lebih tajam tentang bagaimana struktur yang diikat gagal dalam pelbagai daya.

Menggunakan kamera gerak perlahan dan satu siri eksperimen, kajian menunjukkan bahawa kegagalan simpulan kasut berlaku dalam hitungan detik, yang dicetuskan oleh interaksi daya yang kompleks.

"Apabila anda bercakap tentang struktur yang dilekatkan, jika anda boleh mula memahami tali kasut, maka anda boleh memohon kepada perkara lain, seperti DNA atau mikrostruktur, yang gagal di bawah kuasa yang dinamik," kata Christopher Daily-Diamond, penulis mata pelajaran dan seorang pelajar siswazah di University of California, Berkeley.


Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


"Ini adalah langkah pertama ke arah memahami kenapa sesetengah knot lebih baik dari yang lain, yang tidak pernah dilakukan oleh seseorang."

Terdapat dua cara untuk mengikat tali simpul tali simpul umum, dan satu lebih kuat daripada yang lain, tetapi tidak ada yang tahu mengapa. Versi kuat simpulan itu didasarkan pada simpul persegi: dua lintasan lurus yang bertentangan dengan tangan di atas satu sama lain. Versi lemah adalah berdasarkan simpulan palsu; kedua-dua lintasan renda mempunyai tangan yang sama, menyebabkan simpulan twist dan bukannya berbaring apabila diketatkan.

Kajian semasa menunjukkan bahawa kedua-dua versi gagal dengan cara yang sama, dan meletakkan asas untuk siasatan masa depan mengapa kedua-dua struktur yang sama mempunyai integriti struktur yang berbeza.

"Kami cuba memahami knot dari perspektif mekanik, seperti mengapa anda boleh mengambil dua helai dan menyambungkannya dengan cara tertentu yang boleh menjadi sangat kuat, tetapi cara lain untuk menghubungkannya sangat lemah," kata Oliver O'Reilly, seorang profesor kejuruteraan mekanikal, yang makmalnya menjalankan penyelidikan. "Kami dapat menunjukkan bahawa simpul yang lemah akan sentiasa gagal dan simpulan kuat akan gagal pada skala waktu tertentu, tetapi kami masih tidak faham mengapa terdapat perbezaan mekanikal antara kedua-dua knot itu."

Matlamat kajian baru ini adalah untuk membangunkan pemahaman asas tentang mekanik bagaimana tali simpul tali tali pinggang kasual dilepaskan di bawah daya dinamik. Kajian terdahulu telah menerangkan bagaimana struktur knotted gagal di bawah beban yang berterusan, tetapi penyelidikan sedikit menunjukkan bagaimana struktur yang ditebang gagal di bawah tekanan dinamik untuk menukar kuasa dan beban.

Langkah pertama adalah untuk merakam proses tali simpul kasut yang tidak terbengkalai dalam gerakan lambat. Pengkaji bersama pelajar dan pelajar siswazah, Christine Gregg, seorang pelari, melompat sepasang kasut berlari dan berlari di atas treadmill sementara rakan-rakannya menyaring kasutnya.

Penyelidik mendapati bahawa tali simpul kasut dibungkus seperti ini: Apabila berlari, kaki anda menyerang tanah pada tujuh kali gaya graviti. Simpulan simpulan dan kemudian melegakan sebagai tindak balas kepada daya itu. Apabila simpulan simpulan, kaki berayun memohon daya inersia pada hujung bebas dari tali, yang dengan cepat membawa kepada kegagalan simpulan sekurang-kurangnya dua langkah selepas tindakan inersia pada tali.

"Untuk melepaskan knot saya, saya tarik hujung bebas dari tali leher dan ia dibatalkan. Ikat tali kasut itu dilonggarkan kerana gerakan yang sama, "kata Gregg. "Angkatan yang menyebabkan ini bukan dari orang yang menarik di hujung bebas, tetapi dari daya inersia kaki yang berayun ke belakang dan sebagainya sementara simpulan itu longgar dari kasut berulang kali menyerang tanah."

Sebagai tambahan kepada interaksi dinamik daya di simpul, rakaman itu juga mendedahkan besarnya pecutan di dasar simpulan. Untuk menggali lebih mendalam, para penyelidik kemudian menggunakan bandul yang memberi kesan untuk mengayuh simpul kasut dan menguji mekanisme simpulan menggunakan pelbagai tali.

"Beberapa tali mungkin lebih baik daripada yang lain kerana mengikat knot, tetapi mekanik asas yang menyebabkan mereka gagal adalah sama, kami percaya," kata Gregg.

Para penyelidik juga menguji teori mereka bahawa meningkatkan daya inersia pada hujung percuma akan memicu kegagalan melarikan diri dari simpulan. Mereka menambah beban ke hujung bebas dari tali pada simpulan berayun dan melihat bahawa knot gagal pada kadar yang lebih tinggi apabila daya inersia pada hujung percuma meningkat.

"Anda benar-benar memerlukan kedua-dua daya impulsif di pangkal simpul dan anda memerlukan daya tarik hujung percuma dan gelung," kata Daily-Diamond. "Anda tidak boleh mendapatkan kegagalan simpulan tanpa kedua-duanya."

Sudah tentu, apabila seseorang berjalan atau berlari, tali kasut mereka tidak selalu dilepaskan. Tali yang terikat dengan ketat boleh memerlukan lebih banyak kitaran impak dan kaki berayun untuk menyebabkan kegagalan knot daripada seseorang yang mungkin mengalami dalam berjalan kaki atau berlari seharian. Lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk mengusik semua pemboleh ubah yang terlibat dalam proses tersebut. Tetapi kajian itu menawarkan jawapan kepada soalan yang menjengkelkan kenapa tali anda kelihatan baik-baik saja satu minit dan kemudian dilepaskan seterusnya.

"Perkara menarik mengenai mekanisme ini ialah tali panjang anda boleh menjadi sangat baik untuk masa yang lama, dan tidak sampai anda mendapat sedikit gerakan untuk melonggarkan yang memulakan kesan avalanche ini menyebabkan kegagalan simpulan," kata Gregg.

Kajian ini muncul dalam Prosiding Royal Society A.

sumber: UC Berkeley

Buku-buku yang berkaitan

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = shoelaces; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}