Um novo estudo realizado por engenheiros mecânicos da UC Berkeley finalmente mostra por que seus cadarços podem continuar desamarrados. É uma pergunta que todos fazem, muitas vezes depois de parar para amarrar os sapatos, no entanto, um que ninguém havia investigado até agora. A resposta, o estudo sugere, é que um golpe duplo de forças de bater e chicotear atua como uma mão invisível, afrouxando o nó e puxando as pontas soltas dos cadarços até que tudo se desfaça.

O estudo é mais do que um exemplo de ciência respondendo a uma pergunta aparentemente óbvia. Uma melhor compreensão da mecânica dos nós é necessária para uma visão mais precisa de como as estruturas com nós falham sob uma variedade de forças. Usando uma câmera lenta e uma série de experimentos, o estudo mostra que a falha do nó do cadarço acontece em questão de segundos, desencadeada por uma complexa interação de forças.

"Quando você fala sobre estruturas com nós, se você pode começar a entender o cadarço, então você pode aplicá-lo a outras coisas, como DNA ou microestruturas, que falham sob forças dinâmicas, "disse Christopher Daily-Diamond, coautor do estudo e estudante de graduação em Berkeley. "Este é o primeiro passo para entender por que certos nós são melhores do que outros, que ninguém realmente fez. "

O estudo será publicado no dia 12 de abril na revista Anais da Royal Society A .

Existem duas maneiras de amarrar o nó de laço de laço comum, e um é mais forte que o outro, mas ninguém sabe por quê. A versão forte do nó é baseada em um nó quadrado:dois cruzamentos de renda de mãos opostas uma em cima da outra. A versão fraca é baseada em um nó falso; os dois cruzamentos de renda têm a mesma destreza, fazendo com que o nó torça em vez de ficar plano quando apertado. O estudo atual mostra que ambas as versões falham da mesma forma, e estabelece as bases para futuras investigações sobre por que as duas estruturas semelhantes têm diferentes integridades estruturais.

"Estamos tentando entender os nós de uma perspectiva mecânica, como por que você pode pegar dois fios e conectá-los de uma certa maneira que pode ser muito forte, mas outra forma de conectá-los é muito fraca, "disse Oliver O'Reilly, um professor de engenharia mecânica de Berkeley, cujo laboratório conduziu a pesquisa. "Pudemos mostrar que o nó fraco sempre falhará e o nó forte falhará em uma determinada escala de tempo, mas ainda não entendemos por que há uma diferença mecânica fundamental entre esses dois nós. "

O objetivo do novo estudo era desenvolver uma compreensão básica da mecânica de como um nó de gravata borboleta de cadarço é desamarrado sob forças dinâmicas. Estudos anteriores descreveram como estruturas com nós falham sob cargas sustentadas, mas pouca pesquisa mostrou como estruturas com nós falham sob as pressões dinâmicas de mudanças de forças e cargas.

O primeiro passo foi registrar em câmera lenta o processo de desamarramento do nó do cadarço. Coautor do estudo e estudante de pós-graduação Christine Gregg, um corredor, amarrou um par de tênis de corrida e correu em uma esteira enquanto seus colegas filmavam seus sapatos.

Os pesquisadores descobriram que um nó do cadarço se desata assim:ao correr, seu pé atinge o solo com sete vezes a força da gravidade. O nó se estica e depois relaxa em resposta a essa força. À medida que o nó se afrouxa, a perna oscilante aplica uma força inercial nas pontas livres dos laços, o que leva rapidamente a uma falha do nó em apenas duas passadas após a inércia atuar nos laços.

"Para desatar meus nós, Eu puxo a ponta livre de uma gravata borboleta e ela se desfaz. O nó do cadarço é desamarrado devido ao mesmo tipo de movimento, "disse Gregg, um companheiro do chanceler de Berkeley. "As forças que causam isso não são de uma pessoa puxando a extremidade livre, mas das forças inerciais da perna balançando para frente e para trás enquanto o nó é afrouxado do sapato que bate repetidamente no chão. "

Além da interação dinâmica de forças no nó, a filmagem também revelou uma grande magnitude de aceleração na base do nó. Para cavar mais fundo, os pesquisadores então usaram um pêndulo de impacto para balançar o nó do cadarço e testar a mecânica do nó usando uma variedade de atacadores diferentes.

"Alguns cadarços podem ser melhores do que outros para dar nós, mas a mecânica fundamental que faz com que eles falhem é a mesma, nós acreditamos, "Gregg disse.

Os pesquisadores também testaram sua teoria de que o aumento das forças inerciais nas pontas livres provocaria uma falha descontrolada do nó. Eles adicionaram pesos às pontas livres dos laços em um nó oscilante e viram que os nós falhavam em taxas mais altas à medida que as forças de inércia nas pontas livres aumentavam.

"Você realmente precisa tanto da força impulsiva na base do nó quanto das forças de tração das pontas livres e dos laços, "Daily-Diamond disse." Você não consegue quebrar o nó sem ambos. "

Claro, quando uma pessoa anda ou corre, seus cadarços nem sempre se desamarram. Os cadarços bem amarrados podem exigir mais ciclos de impacto e balanço das pernas para causar a ruptura do nó do que se experimentaria em um dia inteiro de caminhada ou corrida. Mais pesquisas são necessárias para separar todas as variáveis ​​envolvidas no processo. Mas o estudo oferece uma resposta à pergunta irritante de por que seus cadarços parecem bons em um minuto e depois desamarrados no minuto seguinte.

"O interessante sobre esse mecanismo é que seus cadarços podem ficar bem por muito tempo, e não é até que você obtenha um pouco de movimento para causar o afrouxamento que inicia esse efeito de avalanche que leva à ruptura do nó, "Gregg disse.