どこにいてもテニス シューズを履いている人の悩みの種です。どんなに靴ひもをきつく結んでも、たいていの場合、最も不適切なタイミングで靴ひもがほどけてしまいます。今回、科学者たちは初めて、靴紐の結び目がうまくいかない理由を解き明かしました。この研究はまた、結ぶのに最適な結び目を明らかにし、手術から新しい抗がん剤まで、あらゆることに影響を与える可能性があります.
マサチューセッツ州ウィリアムズタウンにあるウィリアムズ大学の数学者であるコリン・アダムスは、この研究には関与していませんが、「私たちは常にそれらを解きほぐしてきます」と述べています。 「それなのに、なぜそれが起こるのかと時間を割いた人は誰もいなかった」
靴ひもについてわかっていることの 1 つは、「グラニー ノット」よりも「スクエア ノット」の方が長持ちすることです。どちらの結び目もほぼ同じように見え、2 つのウサギの耳のループがありますが、おばあちゃんは横に回転する傾向があります。一方のループは靴の上を向き、もう一方は下を向いています。 (まだ混乱していますか? この TED ビデオをチェックしてください。)
カリフォルニア大学バークレー校の機械工学者であるオリバー・オライリーと同僚は、最高の結び目でも失敗する理由を見つけるために、ボランティアをトレッドミルに乗せました。被験者は靴をより弱いおばあちゃんの結び目で結びました。科学者たちは彼女の靴に加速度計を取り付けて、各ストライドで結び目が経験する加速度、または g 力を測定しました。
スローモーション ビデオを使用して、チームは結び目のずれの 2 つの段階を明らかにしました。ステップごとに徐々に緩み、突然の「壊滅的な失敗」です。結び目が解け始めたとき、それは2歩以内にバラバラになりました.研究者たちは、結び目が上下に揺れる際に発生する重力に驚いた.
歩くことが鍵でした。参加者が足を地面に踏みつけたり、テーブルに座っているときに足を振ったりすると、歩いてから 15 メートル以内に失敗したのと同じ結び目が残りました。 .踏みつけたり揺らしたりするだけでは、結び目をほどくことができませんでした。
「これら 2 つの複合効果が靴の結び目の失敗につながることがわかりました」と O'Reilly 氏は言います。 「両方が一緒に必要です。」
科学者たちは次に、結び目がほどけるのにかかる時間と靴ひもが滑る速度を測定するための実験を計画しました。わずかな予算で作業し、週末に実験装置を借りて、研究者はプレートを叩く機械式振り子を設計しました。振り子の揺れは脚の動きに似ており、靴が地面にぶつかる衝撃はピシャリと音を立てます。振り子は端に重みのある靴紐を備えていました。追加の重量は、端がランナーの靴をどれだけ強く叩くかをシミュレートするために必要でした。チームは、この制御されたセットアップを使用して、グラニーまたはスクエアで結ばれた靴ひもの正確なスリップ率を計算しました.
この実験により、トレッドミルでの観察が確認されました。両方の結び目は、振り子が揺れたり叩いたりするたびに、ゆっくりと徐々に離れていきました。しかし、最終的には、靴ひもが緩んで、はるかに速い速度で急速に離れてしまいました.この研究では、スクエアノットの優位性も実証されました。この勝利の結び目は約半分の確率で (加重した場合) 失敗しましたが、グラニー ノットは常に失敗しました。
しかし、科学者たちは、1 つの結び目がより弾力性があることを知っていますが、その理由を説明することはできません。アダムス氏によると、それは、結び目と結び目の張力の中でひもが互いにどのように押し付けられるかに関係している可能性があります. 「結び目がいつ壊れるかを実際に予測できれば、それは靴ひも以外にも影響を与えるでしょう」と彼は言います。
これには、外科用縫合糸、ボート、および登山で使用される結び目が含まれる場合があります。しかし、結び目は顕微鏡レベルでも存在します。たとえば、DNA が自分自身のコピーを作成するときに、DNA の結び目と結び目が解けます。科学者たちはすでにこれらの特性を利用して、腫瘍の成長を遅らせる薬を作成しています.
