Mitől kötődik ki állandóan a cipőfűző?

Látszólag szükségtelen kutatás, de az eredmény alapvető fizikai törvényszerűségekre világít rá.

A csomók évezredek óta fontos szerepet játszanak az emberiség történetében. A hajósok számára életbevágó, hogy a kötelek végeit az aktuális feladatnak megfelelő módon kössék össze vagy képezzenek hurkot a végükön. E tengerészeti csomók olyan híressé váltak, hogy némelyikük még a popkultúrában is helyet talált magának, és egyesületek működnek a világban a csomókötés művészetének életben tartására.

Íme a talán leghíresebb (de mindenképpen a négy legfontosabb tengerészeti alapcsomó egyike), a bowline csomó megkötésének közismert, és a megjegyzést segítendő, meseszerű lépései: van egy nyúlüreg (hurkot képzünk a kötélen); a nyúl kijön az üregből (a kötél végét átdugjuk a hurkon); a nyuszi körbefutja a fát (a hurkon átdugott véget körbevezetjük a másik vég körül); és visszaszalad az üregbe (a körbevezetett véget újra átdugjuk a hurkon). Így egy olyan hurkot képeztünk, amellyel a kisebb hajók vitorláitól kezdve a bajba jutott emberek derekáig bármit stabilan rögzíthetünk a kötélhez, majd használat után a kötélre ható nagy erők ellenére is könnyen kiköthetjük a csomót.

Amikor a távolsági közlekedés fő módja a hajózás volt, e tengerészeti csomók tökéletességétől függött az egyszerű utasok élete is. Manapság azonban legtöbbünk egyetlen helyen, a cipőfűzőn találkozik nap mint nap csomókkal (kivéve persze a fülhallgató drótján a zsebünkben spontán keletkező, és minden más, szándékos csomónál kibogozhatatlanabb gubancokat). A berkeley-i Kaliforniai Egyetem kutatói ezért éppen a cipőfűzőcsomók viselkedését vizsgálták, konkrétan azt, hogy a laza és a szoros csomók hogyan képesek (vagy éppen nem képesek) ellenállni a hosszú időn keresztül rájuk ható erőhatásoknak. Magyarul, hogy miért kötődnek ki maguktól. A tanulmány az angol tudományos akadémiának megfelelő Királyi Társaság igen tekintélyes Proceedings of the Royal Society A című folyóiratában jelent meg.

A kutatás vezetője, Christopher Daily-Diamond azt azért sietve hozzátette az őt idéző Christian Science Monitornak, hogy itt persze nem elsősorban a cipőfűzők évezredek óta ismert, de meg nem értett (ámbár különösebben talán nem életbe vágó) titkainak feltárása volt a cél. A természetben ugyanis van sok olyan alapvető struktúra, amelyek maguktól csomózódnak, miközben dinamikus erők hatnak rájuk, például a DNS-láncok, amikor kromoszómákká tömörülnek össze. Ezek működésének megértéséhez szükséges maguknak a csomóknak a jobb megértése is. Ezt – meglepő módon – korábban még senki sem kutatta objektív tudományos módszerekkel.

A csomók kikötődésének vizsgálatához az egyetem egyik doktoranduszát (és a tanulmány egyik társszerzőjét) futtatták futópadon – így vélhetően megspórolták azt a néhány dollárt is, amennyit a kísérletekben alanyként részt vevő egyetemistáknak a nyugati országokban szokás fizetni. A futócipőit olyan kamerával rögzítették, amely rengeteg képkockát rögzít másodpercenként, így rendkívüli módon le lehet lassítani a felvételt. Ezekből kiderült, hogy a cipőfűzőkre két erő együttesen hat, így pedig elképesztő, hét g-s gyorsulást kell elviselniük. (Egy g a nehézségi gyorsulás értéke a tengerszinten, nagyjából 9,8 m/s².) Hogy képet alkothassunk arról, hogy ez milyen nagy erő, érdemes tudnunk, hogy az űrhajósokra egy átlagos rakétakilövés alkalmával ennek a gyorsulásnak csak a fele hat.

A csomóra egyrészt lefelé irányuló erő hat, amikor a futó leteszi a lábát a talajra, de közben előrefelé irányuló erő is, ahogy a lábak haladnak futás közben előre. A kutatók arra jöttek rá, hogy a két erő külön-külön még nem lenne elég ahhoz, hogy a cipőfűző szabadon lógó végeit húzva-eresztve kikössék a csomót, de a kettejük együttes hatása már igen. A kikötődés nem azonnal kezdődik. A felvételeken jól látszott, hogy (ha rendesen meg van kötve a cipőfűző), sok futólépést megtehetünk anélkül, hogy elkezdene kibomlani a fűző. De ha egyszer elkezd kikötődni, akkor átlagosan két lépés elegendő ahhoz, hogy teljesen kikötődjön. Természetesen a csomók kikötődése függ a csomó és a cipőfűző típusától, de az alapvető folyamatok univerzálisnak tűnnek.