Почему шнурки развязываются, а наушники — запутываются

Шнурки и наушники известны своими вредительскими наклонностями, первые — развязываться в самый неподходящий момент, вторые — самопроизвольно запутываться в клубок, стоит только оставить их без присмотра. «Чердак» собрал исследования, авторы которых выясняли, почему это происходит, можно ли с этим бороться, а также что делать, если шнурок короткий, а зашнуровать ботинок надо.

Механика узловСамопроизвольному развязыванию шнурков посвящена работа инженеров из Калифорнийского университета в Беркли, недавно опубликованная в журнале Proceedings of the Royal Society A. Для начала они выяснили, от чего шнурки не развязываются. Так, топать или болтать ногами в воздухе можно сколько угодно без всякого шнуркоразвязывательного эффекта. Интересное начинается, когда эти движения сочетаются при ходьбе.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=25&v=_-aiynIphTw

Когда человек идет или бежит, он сначала выносит ногу вперед, а затем опускает вниз, чтобы поставить на землю. Тем временем концы шнурков по инерции продолжают двигаться вперед. Это, а также деформация при ударе ноги о землю, ослабляет узел. Так повторяется с каждым шагом, узел все больше разбалтывается, а шнуркам становится все легче из него выскользнуть, что в конце концов и происходит.

Данные ученые собирали, используя высокоскоростную съемку бегуна на дорожке и особую конструкцию, имитирующую движение ноги при ходьбе или беге. Они изучили развязывание двух типов узлов — бабьего и прямого. Оба узла состоят из двух полуузлов, однако в бабьем полуузлы завязываются в одну сторону, а в прямом — в разные. Из-за этого при затягивании прямой узел остается плоским, а бабий — скручивается. Бабий узел развязывается заметно легче прямого, и исследователи полагают, что причина — в скручивании узла, хотя доказать этого они не смогли.

Математика шнуровки

Нельзя обойти вниманием и такой важный научный вопрос, как шнуровка ботинок. Людям, не склонным вдаваться в тонкости, в основном известны два способа шнуровки — крест-накрест и так называемая магазинная шнуровка, хотя погуглив, можно найти и несколько более затейливых вариантов.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=4&v=KONwScXVA3A

«Магазинная шнуровка» ботинок

Однако, как рассчитал австралийский математик Буркард Полстер (Burkard Polster) из Университета Монаша, на самом деле ботинки с шестью дырочками для шнурков можно зашнуровать 43 200 способами.

И это если ввести ограничение, при котором один конец шнурка не может проходить через три дырки на одной стороне подряд, то есть шнурки должны выполнять свое предназначение и действительно стягивать две половинки ботинка.

Кроме того, он вычислил, какие из них самые крепкие, обнаружив, что самые популярные виды шнуровки не зря прижились в массах, и рассчитал, при каком способе расходуется меньше всего длины шнурка. Самым экономичным оказался несколько менее популярный способ шнуровки — «галстук-бабочка». Расчеты ученого опубликованы в журнале Nature.

Физика наушников

Вроде аккуратно кладешь наушники в карман, а когда достаешь обратно, оказывается, что они запутались и превратились в клубок. Физики из Калифорнийского университета в Сан-Диего не стали отчаиваться, а опубликовали статью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, где вычислили вероятность появления узлов на шнуре в зависимости от его длины. В 2008 году они получили за это исследование Шнобелевскую премию.

Они провели простой эксперимент: бросали в коробку шнур и вращали ее в течение 10 секунд. Потом открывали и смотрели, запутался ли шнур.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=19kTLhpPopY

Ученые повторили этот опыт 3415 раз. Выяснилось, что шнуры длиной меньше 46 сантиметров не запутывались вообще. Однако ситуация резко менялась при длине от 46 сантиметров до полутора метров: чем длиннее был шнур, тем больше была вероятность, что он запутается. При дальнейшем увеличении длины вероятность не менялась, оставаясь на значении 50%.

Вероятность образования узлов также зависела от времени вращения и гибкости шнура. Так что если взять длинный и гибкий шнур и достаточно долго крутить его в коробке, получить на выходе узлы можно наверняка. Происходит это потому, что шнуры склонны сворачиваться кольцами, а при вращении с ними переплетаются концы шнура, объясняют авторы статьи. К сожалению, они не дают рекомендаций, как с этим бороться.