Een combinatie van stampen en schuren verklaart waarom je schoenveters vanzelf lijken los te raken.
In 2015 kwamen onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology met een vergelijking voor de simpelste knopen. Hiermee konden ze de krachten beschrijven die een rol spelen bij het vastknopen, zoals spanning, wrijving en stijfheid. Ook toont de vergelijking de relatie tussen deze krachten en het aantal draaiingen die schoenveters maken tijdens het maken van een knoop.
Hoewel er veel studies zijn naar hoe lang verschillende knopen vast blijven zitten, had nog niemand de natuurkunde onderzocht achter het vanzelf losraken van een knoop.
Ontknoopte veters
Toen hij merkte dat de schoenveters van zijn jonge dochter nooit in de knoop bleven, besloot hoogleraar toegepaste mechanica Oliver O’Reilly van de University of California, Berkeley om het spontaan ontknopen te bestuderen. Met hulp van twee studenten experimenteerde hij zich de benen uit het lijf.
‘Het moet er raar uitgezien hebben: we liepen doelloos door de gangen van de universiteit, onafgebroken naar onze schoenen starend om te zien of onze veters al los raakten’, zegt mede-onderzoeker Christine Gregg, zelf een fanatieke hardloper. Zij rende tijdens het onderzoek op een loopband zodat haar collega’s haar schoenen in slow motion konden filmen om de fijne details van het ontknopen te ontrafelen.
Inertiële krachten
De wetenschappers ontdekten een combinatie van inertiële krachten – krachten die je voelt tijdens de versnelling in een lift of een bocht – die ontstaan tijdens het rennen. Een knoop wordt bij elkaar gehouden door de wrijving in het centrum van de knoop. Sterkere knopen bevatten meer draaiingen, want elke draai van de veter draagt bij aan wrijving.
De constante neergaande beweging van de voet tegen de grond tijdens het rennen, het ‘stampen’, zorgt voor een versnelde beweging bij de basis van de knoop. De veters schuren heen en weer bij elke pas, alsof een onzichtbare hand aan de uiteinden trekt. Uiteindelijk komt de knoop op een hoogtepunt waarbij de versnelling de interne wrijving aftroeft en de knoop ineens losraakt.
‘Wanneer je veters eenmaal een klein beetje glijden en de krachten allemaal dezelfde kant op staan, zullen je veters steeds meer gaan glijden’, zegt Gregg. Vanaf dat punt raakt de knoop in een of twee passen los.
Versnelling en wrijving nodig
Daarnaast ontdekten de wetenschappers dat alleen versnelling of alleen wrijving niet genoeg effect heeft om de knoop los te maken. Zo zaten ze een halfuur lang op de tafel met hun benen heen en weer te zwaaien, maar gebeurde er niet veel. Daarna stampten ze een halfuur met hun voeten op de grond, maar dat mocht ook niet baten.
Hierna bouwden de onderzoekers een slingermachine en voegden ze gewichten toe aan de uiteinden van de veters. Ze slingerden de veterknopen heen en weer met de machine. Zoals verwacht raakten de knopen vaker los bij zwaardere gewichten, omdat de ontstane inertiële krachten dan groter waren.
Deze kennis zou mogelijk inzicht kunnen geven in de mechanismen van andere geknoopte structuren, zoals knopen die chirurgen maken en de vouwing van DNA en eiwitten. Het zou vooral meer inzicht kunnen geven in hoe deze knopen losraken. ‘We proberen niet alleen te ontdekken waarom schoenveters losraken’, zegt Gregg. ‘We denken dat de opgedane kennis nuttig kan zijn voor alles waarbij sprake is van een verstrengeling. Een knoop heeft eigenlijk gewoon een verstrengelde lineaire structuur.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: