ทำไมเชือกผูกรองเท้าของคุณถึงหลุดเสมอ

ความลึกลับที่อยู่เบื้องหลังสาเหตุที่เชือกผูกรองเท้าของคุณดูเหมือนจะคลายตัวเองอยู่ตลอดเวลาในที่สุดอาจมีทางออก

การศึกษานี้เป็นมากกว่าตัวอย่างทางวิทยาศาสตร์ที่ตอบคำถามที่ดูเหมือนชัดเจน ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกของปมสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่คมชัดยิ่งขึ้นว่าโครงสร้างที่ผูกปมล้มเหลวภายใต้แรงที่หลากหลายได้อย่างไร

การใช้กล้องสโลว์โมชั่นและชุดการทดลอง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความล้มเหลวของปมเชือกผูกรองเท้าเกิดขึ้นในไม่กี่วินาที ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาอันซับซ้อนของแรง

“เมื่อคุณพูดถึงโครงสร้างที่ผูกปม หากคุณเริ่มเข้าใจเชือกรองเท้าแล้ว คุณก็สามารถนำเชือกรองเท้าไปใช้กับสิ่งอื่น เช่น DNA หรือโครงสร้างจุลภาคที่ล้มเหลวภายใต้แรงขับเคลื่อนแบบไดนามิก” Christopher Daily-Diamond ผู้เขียนร่วมด้านการศึกษาและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษากล่าว ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

“นี่เป็นก้าวแรกสู่การทำความเข้าใจว่าทำไมนอตบางอันจึงดีกว่านอตอื่น ซึ่งไม่มีใครทำจริงๆ”


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


มีสองวิธีในการผูกโบว์ผูกเชือกรองเท้าทั่วไป และวิธีหนึ่งจะแข็งแรงกว่าอีกวิธีหนึ่ง แต่ไม่มีใครรู้ว่าทำไม ปมที่แข็งแรงมีพื้นฐานมาจากปมสี่เหลี่ยม: ลูกไม้ไขว้สองเส้นที่มีความถนัดมือตรงข้ามกัน เวอร์ชั่นที่อ่อนแอนั้นมีพื้นฐานมาจากปมปลอม ลูกไม้ไขว้ทั้งสองข้างมีความถนัดเหมือนกัน ทำให้ปมบิดแทนที่จะนอนราบเมื่อรัดแน่น

การศึกษาในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าทั้งสองเวอร์ชันล้มเหลวในลักษณะเดียวกัน และวางรากฐานสำหรับการตรวจสอบในอนาคตว่าเหตุใดโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันทั้งสองจึงมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่แตกต่างกัน

Oliver O'Reilly กล่าวว่า "เรากำลังพยายามทำความเข้าใจนอตจากมุมมองของกลไก เช่น เหตุใดคุณจึงนำเกลียวสองเส้นมาเชื่อมต่อด้วยวิธีที่แข็งแรงมาก แต่วิธีเชื่อมต่ออีกวิธีหนึ่งยังอ่อนมาก" Oliver O'Reilly กล่าว ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลซึ่งมีห้องปฏิบัติการทำการวิจัย “เราสามารถแสดงให้เห็นว่าปมที่อ่อนแอจะล้มเหลวเสมอและปมที่แข็งแกร่งจะล้มเหลวในช่วงเวลาหนึ่ง แต่เราก็ยังไม่เข้าใจว่าทำไมจึงมีความแตกต่างทางกลพื้นฐานระหว่างนอตทั้งสองนี้”

เป้าหมายของการศึกษาครั้งใหม่นี้คือเพื่อพัฒนาความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกของการผูกโบว์ผูกเชือกรองเท้าภายใต้แรงขับเคลื่อน การศึกษาก่อนหน้านี้ได้อธิบายว่าโครงสร้างที่ผูกปมล้มเหลวภายใต้การรับน้ำหนักที่ยั่งยืน แต่มีงานวิจัยเพียงเล็กน้อยที่แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างที่ผูกปมล้มเหลวภายใต้แรงกดดันแบบไดนามิกของแรงและโหลดที่เปลี่ยนแปลงไป

ขั้นตอนแรกคือการบันทึกกระบวนการแก้ปมเชือกผูกรองเท้าแบบสโลว์โมชั่น ผู้ร่วมวิจัยและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา คริสติน เกร็กก์ นักวิ่ง ผูกรองเท้าวิ่งคู่หนึ่งและวิ่งบนลู่วิ่งขณะที่เพื่อนร่วมงานของเธอถ่ายทำรองเท้าของเธอ

นักวิจัยพบว่าเชือกผูกรองเท้าแก้ได้ดังนี้ เมื่อวิ่ง เท้าของคุณจะกระทบพื้นด้วยแรงโน้มถ่วงเจ็ดเท่า ปมจะยืดออกและคลายตัวเพื่อตอบสนองต่อแรงนั้น เมื่อปมคลายตัว ขาที่แกว่งได้จะใช้แรงเฉื่อยที่ปลายเชือกผูกรองเท้า ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของปมอย่างรวดเร็วภายในสองก้าวหลังจากแรงเฉื่อยกระทำต่อเชือกรองเท้า

“เพื่อแก้ปมของฉัน ฉันดึงปลายหูกระต่ายที่ว่างแล้วปลดออก เชือกผูกรองเท้าหลุดเนื่องจากการเคลื่อนไหวแบบเดียวกัน” เกร็กก์กล่าว “แรงที่ทำให้เกิดสิ่งนี้ไม่ได้มาจากคนที่ดึงปลายอิสระ แต่มาจากแรงเฉื่อยของขาที่แกว่งไปมาในขณะที่ปมหลุดจากรองเท้ากระทบพื้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า”

นอกจากการโต้ตอบแบบไดนามิกของแรงบนปมแล้ว วิดีโอยังเผยให้เห็นความเร่งขนาดใหญ่ที่ฐานของปม เพื่อเจาะลึกลงไป นักวิจัยจึงใช้ลูกตุ้มที่กระแทกเพื่อแกว่งปมเชือกรองเท้าและทดสอบกลไกของปมโดยใช้เชือกผูกรองเท้าแบบต่างๆ

“เชือกผูกรองเท้าบางชนิดอาจจะดีกว่าแบบอื่นสำหรับการผูกปม แต่เราเชื่อว่ากลไกพื้นฐานที่ทำให้พวกเขาล้มเหลวก็เหมือนกัน” Gregg กล่าว

นักวิจัยยังได้ทดสอบทฤษฎีของพวกเขาด้วยว่าการเพิ่มแรงเฉื่อยที่ปลายอิสระจะทำให้เกิดความล้มเหลวของปม พวกเขาเพิ่มน้ำหนักให้กับปลายเชือกผูกรองเท้าที่ว่างบนปมแกว่ง และเห็นว่านอตล้มเหลวในอัตราที่สูงขึ้นเมื่อแรงเฉื่อยที่ปลายอิสระเพิ่มขึ้น

“คุณต้องการทั้งแรงหุนหันพลันแล่นที่ฐานของปม และคุณต้องการแรงดึงของปลายอิสระและห่วง” Daily-Diamond กล่าว “ดูเหมือนคุณจะล้มเหลวไม่ได้ถ้าไม่มีทั้งสองอย่าง”

แน่นอนว่าเมื่อมีคนไปเดินหรือวิ่ง เชือกผูกรองเท้าที่ผูกไว้แน่นอาจต้องใช้รอบการกระแทกและการแกว่งขามากขึ้น เพื่อทำให้โบว์ขาดมากกว่าการเดินหรือวิ่งในแต่ละวัน จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อแยกแยะตัวแปรทั้งหมดที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ แต่ผลการศึกษาได้ให้คำตอบสำหรับคำถามที่น่ารำคาญว่าทำไมเชือกรองเท้าของคุณถึงดูดีในนาทีเดียว แล้วจึงค่อยแก้ในครั้งต่อไป

Gregg กล่าวว่า "สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับกลไกนี้คือเชือกผูกรองเท้าของคุณสามารถใช้งานได้นานมาก และไม่ใช่จนกว่าคุณจะเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อยเพื่อทำให้เกิดการคลายตัว ซึ่งทำให้เกิดผลกระทบจากหิมะถล่มซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของปม" Gregg กล่าว

{youtube__-aiynIphTw{/youtube}

การศึกษาปรากฏใน การดำเนินการของ Royal Society A.

ที่มา: เบิร์กลีย์ UC

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน