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La ciencia demuestra por qué los cordones de los zapatos se desatan

La explicación se halla en la gravedad, en concreto en el doble golpe severo de las pisadas y a la fuerza misma del golpe, que actúan como una mano invisible

MADRID. EP  | 12.04.2017 
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Ingenieros mecánicos de la Universidad de California-Berkeley (UC Berkeley), en Estados Unidos, han descubierto por qué los cordones de los zapatos se desatan. La explicación se halla en la gravedad, en concreto al doble golpe severo de las pisadas y a la fuerza misma del golpe, que actúan como una mano invisible, aflojando el nudo y luego tirando de los extremos libres de sus cordones hasta que todo se deshace.

Utilizando una cámara de grabaciones a cámara lenta y una serie de experimentos, el estudio muestra que el nudo del cordón se deshace en cuestión de segundos por una compleja interacción de fuerzas.

"Cuando se habla de estructuras anudadas, si empiezas a entender el cordón de los zapatos, entonces se puede aplicar a otras cosas, como el ADN o microestructuras, que fallan bajo fuerzas dinámicas", subraya el coautor del estudio Christopher Daily-Diamond, estudiante de posgrado en Berkeley. "Éste es el primer paso para entender por qué ciertos nudos son mejores que otros, cosa que nadie realmente ha hecho", resalta este investigador, cuyo trabajo se publica este miércoles en la revista 'Proceedings of the Royal Society A'.

ENTENDER LOS NUDOS DESDE UNA PERSPECTIVA MECÁNICA

Hay dos maneras de atar el nudo de la corbata común y una es más fuerte que la otra, pero nadie sabe por qué. La versión fuerte del nudo se basa en un nudo cuadrado: dos cruces de cordones en manos opuestas entrelazados uno sobre otro. La versión débil se basa en un nudo falso; los dos cruces tienen la misma diestra, haciendo que el nudo se tuerza en lugar de quedarse plano cuando se aprieta. El estudio actual demuestra que ambas versiones fracasan de la misma manera y establece las bases para futuras investigaciones sobre por qué las dos estructuras similares tienen diferentes integridades estructurales.

"Estamos tratando de entender los nudos desde una perspectiva mecánica, como por qué se pueden coger dos cordones y conectarlos de una manera que puede ser muy fuerte, y por qué otra forma de conectarlos es muy débil", señala el profesor de Berkeley de Ingeniería Mecánica, Oliver O'Reilly, cuyo laboratorio llevó a cabo la investigación. "Hemos podido demostrar que el nudo débil fallará siempre y el nudo fuerte fallará en una escala de tiempo determinada, pero todavía no entendemos por qué hay una diferencia mecánica fundamental entre esos dos nudos", añade.

El objetivo del nuevo estudio era desarrollar una comprensión básica de la mecánica de cómo un nudo de lazo se desata bajo fuerzas dinámicas. Estudios previos han descrito cómo las estructuras anudadas fallan bajo cargas sostenidas, pero poca investigación ha demostrado cómo las estructuras anudadas fallan bajo las presiones dinámicas de fuerzas y cargas cambiantes.

SIETE VECES LA FUERZA DE LA GRAVEDAD AL CORRER

El primer paso del estudio fue registrar el proceso de un nudo de cordón desatándolo en cámara lenta. La coautora del estudio y estudiante graduada Christine Gregg, corredora, ató un par de zapatos corrientes y corrió en una cinta de correr mientras sus colegas filmaron sus zapatos.

Los investigadores descubrieron que un nudo de cordón como éste se desataba porque al correr, el golpeo del pie sobre el suelo equivalía a siete veces la fuerza de la gravedad, de forma que el nudo se estiraba y luego se aflojaba en respuesta a esa fuerza. A medida que el nudo se aflojaba, la pierna oscilante aplicaba una fuerza de inercia sobre los extremos libres de los cordones, lo que rápidamente condujo a un fallo del nudo en tan sólo dos pasos después de que la inercia actuara sobre los cordones.

"Para desatar mis nudos, tiro el extremo libre de un lazo y se deshace. El nudo del cordón se desata debido al mismo tipo de movimiento", explica Gregg, miembro de Berkeley. "Las fuerzas que causan esto no son de una persona tirando del extremo libre, sino de las fuerzas inerciales de la pierna que se balancean hacia atrás y hacia adelante mientras el nudo del zapato golpeando repetidamente el suelo se afloja".

Además de la interacción dinámica de las fuerzas en el nudo, la medición también reveló una gran magnitud de aceleración en la base del nudo. Para ahondar más, los investigadores utilizaron un péndulo impactante para balancear un nudo de cordón y probar la mecánica del nudo usando una variedad de cordones diferentes. "Algunos cordones podrían ser mejores que otros para atar nudos, pero la mecánica fundamental que los hace fallar es la misma, creemos", señala Gregg.

Los investigadores también probaron su teoría de que el aumento de las fuerzas de inercia en los extremos libres desencadenaría el fracaso del nudo y añadieron pesas a los extremos libres de los cordones en un nudo oscilante, viendo que los nudos fallaban a velocidades más altas a medida que aumentaban las fuerzas inerciales en los extremos libres.

"Realmente necesitas tanto la fuerza impulsiva en la base del nudo como las fuerzas de tracción de los extremos libres y los lazos", declara el coautor del estudio, que, en cambio, reconoce que cuando una persona va a caminar o correr, sus cordones no siempre se desatan si éstos están firmemente atados, por lo que tendrían que requerir más ciclos del impacto.