Mengapa sepatu tali sepatu Anda selalu berakhir tanpa ikatan?

Misteri di balik mengapa tali sepatu Anda terus-menerus tampak lepas akhirnya bisa mendapatkan solusi.

Studi ini lebih dari sekedar contoh sains menjawab pertanyaan yang tampaknya jelas. Pemahaman yang lebih baik tentang mekanika simpul dapat memberikan wawasan yang lebih tajam tentang bagaimana struktur simpul gagal di bawah berbagai gaya.

Dengan menggunakan kamera gerak lambat dan serangkaian eksperimen, penelitian menunjukkan bahwa kegagalan simpul tali sepatu terjadi dalam hitungan detik, dipicu oleh interaksi kekuatan yang kompleks.

"Bila Anda berbicara tentang struktur yang tersimpul, jika Anda bisa mulai memahami tali sepatu, Anda dapat menerapkannya pada hal-hal lain, seperti DNA atau mikrostruktur, yang gagal dalam kekuatan dinamis," kata Christopher Daily-Diamond, rekan penulis studi dan mahasiswa pascasarjana. di University of California, Berkeley.

"Ini adalah langkah pertama untuk memahami mengapa simpul tertentu lebih baik daripada yang lain, yang belum pernah dilakukan seseorang."


grafis berlangganan batin


Ada dua cara untuk mengikat simpul dasi ikatan tali sepatu yang umum, dan yang satu lebih kuat dari yang lain, tapi tidak ada yang tahu kenapa. Versi kuat dari simpul ini didasarkan pada simpul persegi: dua pelepah renda dari tangan yang berlawanan di atas satu sama lain. Versi yang lemah didasarkan pada simpul palsu; Kedua penyeberangan renda itu memiliki wenangan yang sama, menyebabkan simpul berputar bukan berbaring rata saat dikencangkan.

Studi saat ini menunjukkan bahwa kedua versi tersebut gagal dengan cara yang sama, dan meletakkan dasar untuk penyelidikan masa depan mengapa kedua struktur serupa memiliki integritas struktural yang berbeda.

"Kami mencoba memahami simpul dari perspektif mekanika, seperti mengapa Anda bisa mengambil dua helai dan menghubungkannya dengan cara tertentu yang bisa sangat kuat, tapi cara lain untuk menghubungkannya sangat lemah," kata Oliver O'Reilly, seorang profesor teknik mesin, yang laboratoriumnya melakukan penelitian. "Kami dapat menunjukkan bahwa simpul yang lemah akan selalu gagal dan simpul yang kuat akan gagal pada skala waktu tertentu, namun kami tetap tidak mengerti mengapa ada perbedaan mekanis mendasar antara kedua simpul tersebut."

Tujuan dari studi baru ini adalah untuk mengembangkan pemahaman dasar tentang mekanika bagaimana simpul dasi tali tali sepatu dilepaskan di bawah kekuatan dinamis. Studi sebelumnya telah menggambarkan bagaimana struktur tersirat gagal dalam beban berkelanjutan, namun sedikit penelitian telah menunjukkan bagaimana struktur tersirat gagal di bawah tekanan dinamis dari perubahan gaya dan beban.

Langkah pertama adalah merekam proses simpul tali sepatu yang berhenti dalam gerak lambat. Rekan penulis studi dan mahasiswa pascasarjana Christine Gregg, seorang pelari, membawa sepasang sepatu lari dan berlari di atas treadmill sementara rekan-rekannya memfilmkan sepatunya.

Para periset menemukan bahwa simpul sepatu tali sepatu seperti ini: Saat berlari, kaki Anda menabrak tanah dengan tujuh kali gaya gravitasi. Simpul itu membentang dan kemudian rileks dalam menanggapi kekuatan itu. Saat simpul mengendur, kaki berayun menerapkan gaya inersia pada ujung bebas tali pengikat, yang dengan cepat menyebabkan kegagalan simpul hanya dalam beberapa langkah setelah tindakan inersia pada tali pengikat.

"Untuk melepas simpul saya, saya menarik ujung dasi kupu-kupu dan itu terlepas. Simpul tali sepatu terlepas karena gerakan yang sama, "kata Gregg. "Kekuatan yang menyebabkan ini bukan berasal dari orang yang menarik pada akhir bebas, tapi dari kekuatan inersia kaki yang berayun maju mundur sementara simpul dilonggarkan dari sepatu berulang kali menabrak tanah."

Selain interaksi dinamis kekuatan pada simpul, rekaman juga mengungkapkan besarnya percepatan di dasar simpul. Untuk menggali lebih dalam, para peneliti kemudian menggunakan pendulum yang berdampak untuk mengayunkan simpul tali sepatu dan teknik simpul simpul menggunakan berbagai tali yang berbeda.

"Beberapa tali mungkin lebih baik daripada yang lain karena mengikat simpul, tapi mekanika dasar yang menyebabkannya gagal sama, kami yakin," kata Gregg.

Para periset juga menguji teori mereka bahwa meningkatkan kekuatan inersia pada titik bebas akan memicu kegagalan simpul simpul. Mereka menambahkan bobot ke ujung bebas tali pengikat pada simpul berayun dan melihat bahwa simpul gagal pada tingkat yang lebih tinggi karena kekuatan inersia pada ujung bebas meningkat.

"Anda benar-benar membutuhkan kekuatan impulsif di dasar simpul dan Anda memerlukan kekuatan tarik dari ujung bebas dan loop," kata Daily-Diamond. "Anda tidak bisa mendapatkan simpul kegagalan tanpa keduanya."

Tentu saja, ketika seseorang berjalan atau berlari, tali sepatunya tidak selalu terlepas. Tali pengikat yang ketat bisa memerlukan lebih banyak siklus benturan dan ayunan kaki sehingga bisa menyebabkan kegagalan simpul daripada yang mungkin dialami seseorang dalam hal berjalan atau berlari seharian. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengurangi semua variabel yang terlibat dalam proses tersebut. Tapi penelitian ini menawarkan jawaban atas pertanyaan menjengkelkan mengapa tali pengikat Anda terlihat bagus satu menit dan kemudian melepaskan ikatan berikutnya.

"Hal yang menarik tentang mekanisme ini adalah bahwa tali Anda bisa baik-baik saja untuk waktu yang sangat lama, dan tidak sampai Anda mendapatkan satu gerakan kecil untuk menyebabkan pelonggaran yang memulai efek longsor ini yang menyebabkan kegagalan simpul," kata Gregg.

{youtube}-aiynIphTw{/youtube}

Studi tersebut muncul di Prosiding Royal Society A.

Sumber: UC Berkeley

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon