Le mystère derrière pourquoi vos lacets semblent constamment se délier pourrait enfin avoir une solution.

L'étude est plus qu'un exemple de science répondant à une question apparemment évidente. Une meilleure compréhension de la mécanique des nœuds pourrait fournir un aperçu plus précis de la manière dont les structures nouées échouent sous diverses forces.

À l'aide d'une caméra au ralenti et d'une série d'expériences, l'étude montre que l'échec du nœud de lacet se produit en quelques secondes, déclenché par une interaction complexe des forces.

«Quand vous parlez de structures nouées, si vous pouvez commencer à comprendre le lacet, vous pouvez l'appliquer à d'autres choses, comme l'ADN ou les microstructures, qui échouent sous des forces dynamiques», explique Christopher Daily-Diamond, coauteur et étudiant à l'Université de Californie, Berkeley.

"C'est la première étape pour comprendre pourquoi certains nœuds sont meilleurs que d'autres, ce que personne n'a vraiment fait."

Il y a deux façons d'attacher le noeud noeud papillon de lacet commun, et l'un est plus fort que l'autre, mais personne ne sait pourquoi. La version forte du nœud est basée sur un nœud carré: deux croisillons de dentelle de l'autre côté. La version faible est basée sur un faux noeud; les deux croisements de dentelle ont le même jeu, ce qui fait que le nœud se tord au lieu de se coucher à plat lorsqu'il est serré.

L'étude actuelle montre que les deux versions échouent de la même manière et jette les bases d'une enquête future sur les raisons pour lesquelles les deux structures similaires ont des intégrités structurelles différentes.

"Nous essayons de comprendre les nœuds d'un point de vue mécanique, par exemple pourquoi vous pouvez prendre deux brins et les connecter d'une certaine manière qui peut être très forte, mais une autre façon de les relier est très faible", explique Oliver O'Reilly. un professeur de génie mécanique, dont le laboratoire a mené la recherche. "Nous avons pu montrer que le nœud faible échouera toujours et que le nœud fort échouera à une certaine échelle de temps, mais nous ne comprenons toujours pas pourquoi il y a une différence mécanique fondamentale entre ces deux nœuds."

Le but de la nouvelle étude était de développer une compréhension de base de la mécanique de la façon dont un nœud papillon lacet se décollait sous des forces dynamiques. Des études antérieures ont décrit comment les structures nouées échouent sous des charges soutenues, mais peu de recherches ont montré comment les structures nouées échouent sous les pressions dynamiques des forces et des charges changeantes.

La première étape consistait à enregistrer le processus d'un nœud de lacet qui se détache au ralenti. Christine Gregg, co-auteur de l'étude et étudiante diplômée, a couru une paire de chaussures de course et a couru sur un tapis roulant pendant que ses collègues filmaient ses chaussures.

Les chercheurs ont découvert qu'un noeud de lacet se dégonflait comme ceci: Quand vous courez, votre pied frappe le sol à sept fois la force de gravité. Le nœud s'étire puis se détend en réponse à cette force. Au fur et à mesure que le nœud se détend, la jambe pivotante applique une force d'inertie sur les extrémités libres des lacets, ce qui conduit rapidement à une rupture du nœud en aussi peu que deux foulées après que l'inertie agit sur les lacets.

"Pour dénouer mes nœuds, je tire sur l'extrémité libre d'un nœud papillon et il se défait. Le nœud de lacet est délié en raison du même mouvement », explique Gregg. "Les forces qui causent cela ne viennent pas d'une personne tirant sur l'extrémité libre, mais des forces d'inertie de la jambe qui se balancent d'avant en arrière tandis que le nœud se détache de la chaussure frappant à plusieurs reprises le sol."

En plus de l'interaction dynamique des forces sur le nœud, le métrage a également révélé une grande amplitude d'accélération à la base du nœud. Pour creuser plus profond, les chercheurs ont ensuite utilisé un pendule impactant pour balancer un nœud de lacet et tester les mécanismes de nœuds en utilisant une variété de lacets différents.

"Certains lacets pourraient être meilleurs que d'autres pour attacher des nœuds, mais la mécanique fondamentale qui les fait échouer est la même, nous croyons," dit Gregg.

Les chercheurs ont également testé leur théorie selon laquelle l'augmentation des forces d'inertie sur les extrémités libres déclencherait l'échec du nœud. Ils ont ajouté des poids aux extrémités libres des lacets sur un nœud oscillant et ont vu que les noeuds échouaient à des taux plus élevés lorsque les forces d'inertie sur les extrémités libres augmentaient.

«Vous avez vraiment besoin de la force impulsive à la base du nœud et vous avez besoin des forces de traction des extrémités libres et des boucles», explique Daily-Diamond. "Vous ne pouvez pas sembler avoir une défaillance de nœud sans les deux."

Bien sûr, quand une personne va marcher ou courir, leurs lacets ne sont pas toujours déliés. Les lacets étroitement liés peuvent nécessiter plus de cycles d'impact et de balancement des jambes pour causer une défaillance des nœuds que ce que l'on pourrait ressentir lors d'une journée de marche ou de course. Plus de recherche est nécessaire pour démêler toutes les variables impliquées dans le processus. Mais l'étude offre une réponse à la question ennuyeuse de savoir pourquoi vos lacets semblent bien une minute, puis se délier la prochaine.

«Ce qui est intéressant à propos de ce mécanisme, c'est que vos lacets peuvent être très longs, et ce n'est que lorsque vous avez un peu de mouvement pour provoquer un relâchement qui déclenche cet effet d'avalanche menant à une défaillance des nœuds», explique Gregg.

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L'étude apparaît dans le Actes de la Royal Society A.

La source: UC Berkeley

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