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Pourquoi mes chaussures ne restent-elles pas attachées? Les scientifiques tentent de le comprendre.

2021

Oliver O'Reilly a un dilemme qui frappe la plupart d'entre nous.

"J'ai un problème chronique avec mes lacets - ils continuent à se détacher, a-t-il dit à PopSci." Je n'ai jamais vraiment compris pourquoi c'était arrivé. "

O'Reilly, professeur de génie mécanique à l'Université de Californie à Berkeley, ne souhaitait pas nouer un meilleur nœud, du moins pas encore. Lui et ses collègues, Christopher Daily-Diamond et Christine Gregg, ont simplement cherché à comprendre le mécanisme à la base de cette vexation incessante des lacets de chaussures. Les résultats de leur enquête ont été publiés aujourd’hui dans la revue Proceedings of the Royal Society A.

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Selon leurs conclusions, un nœud médiocre prend énormément de force lorsque votre pied frappe le sol - parfois jusqu'à sept fois la force de gravité ou 7 g - ce qui déforme la forme du nœud. En même temps, le mouvement de battement des lacets pendant que votre pied bascule ajoute des forces supplémentaires. Ces forces combinées vous permettent d'attacher vos lacets délicatement à déliés.

«Nous avons emprunté une caméra haute vitesse à un collègue», a déclaré O'Reilly. Christine [Gregg, co-auteur de l'étude] a mis des chaussures de course et a couru sur un tapis roulant - la vidéo au ralenti vient de raconter sa propre histoire. Vous pouviez vraiment voir le lacet se délier.

L'étude met en évidence les avantages croissants des caméras haute vitesse dans la recherche scientifique. O'Reilly aime développer des modèles mathématiques et les analyser pour des systèmes mécaniques ou physiques. Il pointe un jouet appelé disque d'Euler, qui est essentiellement un disque filé sur une surface en miroir. Lorsque le disque perd de l'énergie, le miroir commence à vibrer, puis le disque se soulève.

"Vous pouvez développer un modèle pour cela, a déclaré O'Reilly, mais si vous le regardez avec une caméra haute vitesse, ou même au ralenti depuis votre iPhone, vous pouvez réellement voir les vagues lorsque la surface réfléchie est vibrée par le disque. Vous Vous pouvez voir les effets que vous ne pouviez normalement pas voir et vous pouvez dire, "oh, je dois les inclure dans tous les modèles que je développe du système."

Plus les scientifiques en savent sur le système physique, meilleurs sont les modèles mathématiques, et mieux ils modélisent de nouvelles choses - un jour, un nœud reste noué jusqu'à ce que nous lui disions de le relâcher.

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Les chercheurs ont également mis sur un pendule des lacets noués avec des noeuds différents afin de vérifier systématiquement la résistance (c’est-à-dire la résistance, c’est-à-dire la résistance à la déliaison) et les faiblesses. Certains nœuds étaient plus forts que d'autres, mais tous les nœuds ont finalement échoué.

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O'Reilly souligne qu'il ne s'agit que d'un début et non d'une phase finale. La mécanique physique à l'origine de l'échec d'un nœud, c'est-à-dire ce qui fait qu'un nœud fort survit à un nœud faible, n'est toujours pas bien comprise. Et la mécanique physique plus large des nœuds, ou ce qui arrive à un nœud lorsque vous lui appliquez des forces différentes, reste un mystère.

À la surface, comprendre les nœuds pourrait ne pas sembler une grosse affaire. Après tout, on peut toujours porter des slip-ons.

Mais les nœuds ont des applications plus larges.

«Lorsque vous parlez de structures nouées, si vous pouvez commencer à comprendre le lacet, vous pouvez l'appliquer à d'autres éléments, tels que l'ADN ou des microstructures, qui échouent sous des forces dynamiques», a déclaré Christopher Daily-Diamond, co-auteur de l'étude. et un étudiant de troisième cycle à Berkeley, dans un communiqué. «C’est la première étape pour comprendre pourquoi certains nœuds sont meilleurs que d’autres, ce que personne n’a réellement fait.»

De même, les nœuds sont utilisés ailleurs que dans les lacets, ce qui entraîne parfois des conséquences extrêmement graves. Il suffit de regarder le gréement d'un bateau à voile ou les lourdes lumières suspendues aux poutres d'un théâtre pour voir comment un mauvais nœud pourrait coûter la vie à quelqu'un. Et puis, bien sûr, il y a une chirurgie.

«Comprendre comment les forces appliquées sur un nœud auront un impact sur le nœud est vraiment important pour les sutures, pour les nœuds chirurgicaux», a déclaré O'Reilly.

À l’heure actuelle, les sutures font l’objet de tests approfondis - médecins et chercheurs nouent les nœuds et les fouillis jusqu’à ce qu’elles se brisent - pour montrer aux chirurgiens quelles combinaisons de cordes et de nœuds vont durer.

«Il est étonnant que les chirurgiens soient capables de faire des nœuds dans votre corps avec des sutures qui durent si longtemps», a déclaré O'Reilly. "Mais comprendre réellement pourquoi un noeud échoue, quelles sont les forces à l'intérieur du noeud lui-même, la déformation à l'intérieur du noeud, c'est un problème très difficile."

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