O mistério por trás do motivo pelo qual seus cadarços parecem se desatar constantemente pode finalmente ter uma solução.

O estudo é mais do que um exemplo de ciência respondendo a uma pergunta aparentemente óbvia. Uma melhor compreensão da mecânica dos nós pode fornecer uma visão mais precisa sobre como as estruturas com nós falham sob uma variedade de forças.

Usando uma câmera em câmera lenta e uma série de experimentos, o estudo mostra que a falha no nó do cadarço acontece em questão de segundos, desencadeada por uma complexa interação de forças.

"Quando você fala sobre estruturas com nó, 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", diz Christopher Daily-Diamond, co-autor e estudante de pós-graduação. na Universidade da Califórnia, Berkeley.

"Este é o primeiro passo para entender por que certos nós são melhores que outros, o que ninguém realmente fez."

Há duas maneiras de amarrar o laço comum, e uma é mais forte que a outra, mas ninguém sabe por quê. A versão forte do nó é baseada em um nó quadrado: duas cruzetas de renda de lateralidade oposta uma em cima da outra. A versão fraca é baseada em um nó falso; os dois cruzamentos de renda têm a mesma lateralidade, fazendo com que o nó torça em vez de ficar plano quando apertado.

O presente estudo mostra que ambas as versões falham da mesma maneira, e estabelece as bases para futuras investigações sobre o motivo pelo qual as duas estruturas similares têm diferentes integridades estruturais.

“Estamos tentando entender os nós de uma perspectiva de mecânica, por exemplo, 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”, diz Oliver O'Reilly, professor de engenharia mecânica, cujo laboratório realizou a pesquisa. "Fomos capazes de mostrar que o nó fraco irá sempre falhar e o nó forte falhará em uma determinada escala de tempo, mas ainda não entendemos por que existe uma diferença mecânica fundamental entre esses dois nós".

O objetivo do novo estudo foi desenvolver uma compreensão básica da mecânica de como um nó de gravata borboleta se solta sob forças dinâmicas. Estudos anteriores descreveram como as estruturas com nós falharam sob cargas sustentadas, mas poucas pesquisas mostraram como as estruturas com nó fracassam sob as pressões dinâmicas de forças e cargas variáveis.

O primeiro passo foi registrar o processo de um cadarço de nó desatando em câmera lenta. Estudar coautora e estudante de pós-graduação Christine Gregg, uma corredora, amarrou um par de tênis e correu em uma esteira enquanto seus colegas filmavam seus sapatos.

Os pesquisadores descobriram que um nó no cadarço se desfaz desse jeito: 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 solta, a perna oscilante aplica uma força inercial nas extremidades livres dos atacadores, o que leva rapidamente a uma falha do nó em apenas dois passos depois que a inércia atua nos laços.

“Para desamarrar meus nós, puxo a ponta livre de uma gravata borboleta e ela é desfeita. O nó do cadarço vem desamarrado devido ao mesmo tipo de movimento ”, diz Gregg. "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 solto do sapato repetidamente batendo 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 um nó de cadarço e testar mecânicas de nós usando uma variedade de cadarços diferentes.

"Alguns atacadores podem ser melhores que outros para amarrar nós, mas a mecânica fundamental que faz com que eles falhem é a mesma, acreditamos", diz Gregg.

Os pesquisadores também testaram sua teoria de que aumentar as forças inerciais nas extremidades livres provocaria uma falha descontrolada do nó. Eles adicionaram pesos às extremidades livres dos atacadores em um nó oscilante e viram que os nós falharam em taxas mais altas à medida que as forças inerciais nas extremidades livres aumentavam.

"Você realmente precisa da força impulsiva na base do nó e precisa das forças de tração das extremidades livres e das alças", diz Daily-Diamond. "Você não consegue obter falha no nó sem os dois."

Naturalmente, quando uma pessoa vai andando ou correndo, seus cadarços nem sempre ficam desamarrados. Laços firmemente amarrados podem exigir mais ciclos de impacto e balanço de pernas para causar falha de nó do que um pode experimentar em um dia de caminhada ou corrida. Mais pesquisas são necessárias para separar todas as variáveis ​​envolvidas no processo. Mas o estudo oferece uma resposta para a questão irritante de por que seus cadarços parecem bem em um minuto e depois soltos no outro.

“A coisa interessante sobre esse mecanismo é que seus cadarços podem ficar bem por muito tempo, e não é até você conseguir um pouco de movimento para causar o afrouxamento que inicia esse efeito de avalanche que leva à falha do nó”, diz Gregg.

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O estudo aparece no Proceedings da Royal Society A.

Fonte: UC Berkeley

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