علت باز شدن خود به خود بند کفش

پژوهشگران با بررسی فیلم ضبط شده از یک دونده به نحوه باز شدن خود به خود بندهای کفش پی بردند. در حین تماشای فریم به فریم این فیلم، آنها نحوه باز شدن گره بند کفش این دونده را مشاهده کردند.

این پژوهشگران طی تحقیقی جدید، دریافتند که برخورد مکرر کفش به زمین حین پیاده روی یا دویدن موجب شل شدن بند کفش می‌شود. سپس نوسان یا جلو و عقب بردن پاها و حرکت سریع انتهای آزاد بندهای کفش، موجب شل شدن گره آنها شده و ظرف مدت زمان کوتاهی گره از هم باز می‌شود.

آنها همچنین دریافتند که بندهای کفش به هنگام دویدن فرد، سریع‌تر شل می‌شوند. به این علت که پای فرد دونده با شدت بیشتری نسبت به زمان پیاده روی بر زمین ضربه وارد می‌سازد. پا در حال دویدن با شدت حدود هفت برابر نیروی جاذبه بر زمین ضربه وارد می‌کند. این نیرو موجب کشیده و شل شدن بیشتر گره نسبت به زمان پیاده روی می‌شود.

به محض شل شدن گره، تنها دو یا چند گام نیاز است تا بند کفش به طور کامل از هم باز شود.

تیم برکلی پیش از انجام این مطالعه جدید، در اینترنت به جستجو پرداختند. آنها تصور می‌کردند که قطعاً شخصی در جایی علت این واقعه را شرح داده است. اما هنگامی که متوجه شدند کسی پاسخ این مسئله را پیدا نکرده است، به گفته کریستین گِرِگ تصمیم گرفتند که خودشان به علت آن پی ببرند. او دانشجوی رشته مهندسی مکانیک در مقطع دکترا است. یک مهندس مکانیک، از علم فیزیک و دانش مواد و حرکت جهت طراحی، توسعه، ساخت و آزمایش دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

گرگ با  همدوره خود کریستوفر دیلی دایموند دانشجوی مقطع دکترا و الیور اَُریلی استاد خود گروهی را تشکیل دادند. آنها با همکاری یکدیگر موفق به حل این مسئله شدند و یافته‌های خود را در 12 آوریل 2017 در نشریه Proceedings of the Royal Society A. به چاپ رساندند.
 

این تیم با مطالعه بر روی گرگ که خود یک دونده بود کار خود را آغاز نمود. او بند کفشهایش را بسته و بر روی یک تردمیل شروع به دویدن کرد و این در حالی بود که دیگر اعضاء تیم کار او را نظاره‌گر بودند. به گفته دیلی دایموند: «مدت زمان طولانی هیچ اتفاقی رخ نداد، اما پس از گذشت چند دقیقه متوجه شدیم که بندهای کفش به طور ناگهانی از هم باز شدند».

آنها تصمیم گرفتند از کفشهای او فیلمبرداری کرده بطوریکه بتوانند حرکات آن را فریم به فریم مورد بررسی قرار دهند. آنها از یک دوربین فوق‌العاده پرسرعت استفاده کردند که می‌توانست 900 تصویر یا فریم را در ثانیه ثبت نماید. اکثر دوربینهای فیلمبرداری تنها قادر به ثبت 300 فریم در ثانیه هستند.

تیم گرگ با کمک این دوربین توانست سرعت کار را بسیار آهسته نماید. این امر به آنها اجازه می‌داد عملکرد گره را در حرکت آهسته مشاهده کنند. چشمان ما قادر به دیدن حرکتی با 900 فریم در ثانیه نیست و ما آن را با جزئیات کمتری می‌بینیم. به همین دلیل است که به نظر می‌رسد بند کفش محکم بسته شده است اما پس از سپری شدن دقایقی به طور ناگهانی گره از هم باز می‌شود.

اما به چه دلیل پیش از آن هیچ کس به این موضوع پی نبرده بود؟ گرگ توضیح می‌دهد که از ساخت دوربینهایی با قابلیت فیلمبرداری در چنین سرعتهای بالا مدت زمان زیادی نمی‌گذرد.
این پژوهشگران نشان دادند که هم ضربه پا به زمین و هم حرکت نوسانی انتهای این بندهای کفش جهت از هم باز شدن یک گره مورد نیاز استاین پژوهشگران نشان دادند که هم ضربه پا به زمین و هم حرکت نوسانی انتهای این بندهای کفش جهت از هم باز شدن یک گره مورد نیاز است. در این آزمایش، گرگ بر روی یک صندلی نشست و پاهای خود را به عقب و جلو حرکت ‌داد اما گره از هم باز نشد و همچنان بسته باقی ‌ماند. همچنین با وارد آوردن ضربه به زمین بدون عقب و جلو بردن پاهای خود باز هم گره از هم گشوده نشد.

در فیلم ویدئویی آنها نشان داده شد که چگونه ترکیب نیروهای نوسانی کفش و برخورد آن با زمین موجب از هم باز شدن بند کفش می‌شود.
 

قطعاً کفشهای شما هر مرتبه که به پیاده روی رفته یا مشغول دویدن می‌شوید از هم باز نخواهند شد. بندهایی که محکم بسته شده باشند زمان بیشتری نیاز داشته تا خود را آزاد نمایند. همچنین راهی وجود دارد که آنها را به گونه‌ای گره بزنیم که مدت زمان بیشتری بسته باقی بمانند.

دو روش معمول جهت گره زدن بند کفش وجود دارد. یکی از این روشها از دیگری محکمتر است. در حال حاضر هیچ کس دلیل آن را نمی‌داند.
 

دو راه جهت بستن بند کفش وجود دارد. نسخه ضعیف آن در تصویر سمت چپ دیده می‌شود. هر دو گره به روش مشابه از هم باز می‌شوند، اما گره ضعیف‌ سریعتر از گره محکم‌ از هم باز می‌شود.

گره ضعیف‌تر به روش گره به اصطلاح مادربزرگی بسته شده است. در این بخش نحوه انجام این کار را نشان می‌دهیم. انتهای بند سمت چپ را از روی انتهای بند سمت راست عبور داده، سپس بند سمت چپ را به زیر برده و خارج ‌سازید. با دست راست خود یک حلقه ایجاد کنید. بند دیگر را در جهت خلاف عقربه‌های ساعت در اطراف حلقه، پیش از کشیدن آن از وسط، بپیچانید.
 

گره محکم‌تر با روش گره به اصطلاح مربعی بسته می‌شود. به همان روش بالا یعنی با عبور دادن انتهای بند سمت چپ از روی سمت راستی و بیرون آوردن انتهای بند چپ از زیر شروع می‌شود. اما پس از ایجاد حلقه در دست راست خود، بند دیگر کفش را در جهت عقربه‌های ساعت بپیچانید.

هر دو این گره‌ها در نهایت از هم باز می‌شوند. اما گرگ و تیم او در طول آزمایش دویدن 15 دقیقه‌ای نشان دادند که گره ضعیف‌تر دو برابر زودتر از گره محکم‌تر از هم گشوده می‌شود.
 دانشمندان از روی آزمایش و خطا پی بردند که کدام گره محکم و کدامیک ضعیف استدانشمندان از روی آزمایش و خطا پی بردند که کدام گره محکم و کدامیک ضعیف است. به گفته اوریلی: «اما علت آن را نمی‌دانیم». او عنوان می‌کند که این سئوال «به صورت یک سئوال بی پاسخ در علم باقی مانده است».

میشل دسترید عنوان می‌کند که با وجود عدم موفقیت این تیم در رمزگشایی از این راز خاص، اما تحقیق آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. او که خود یک ریاضی‌دان است در تحقیقات پزشکی دانشگاه ملی ایرند در گالوی مشغول به فعالیت می‌باشد.

او عنوان می‌کند که تحقیق این تیم می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر نحوه از هم باز شدن احتمالی بخیه یک زخم کمک ‌کند. بسیار اهمیت دارد که بخیه تا زمان بهبود زخم بسته باقی بماند.

در این فاصله آنها توانستند برخی از رازهای مرتبط با بند کفش را بازگشایی نمایند. به گفته اوریلی: «لحظه بسیار خوشایندی است که مسئله‌ای را حل کرده و با خود بگویید پس این جواب سئوال است».
 

منبع: sciencenewsforstudents