물리학은 완벽한 매듭을 묶는 방법을 밝힐 수 있습니다

처음으로 과학자들은 매듭을 단단히 당기는 데 필요한 힘이 매듭의 모양에 어떻게 의존하는지 예측했습니다. 이 사전은 외과 수술과 같은 특정 요구에 특정한 매듭을 맞춤화하는보다 정확한 방법으로 이어질 수 있으며 DNA와 다른 곳에서 자연적으로 발생하는 매듭에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.

선원이나 등산가가 알고 있듯이 매듭의 강도는 매듭의 구성에 크게 의존합니다. 예를 들어, 끈으로 튼튼한 암초 매듭 (정사각형이라고도 함)을 끈으로 묶어 놓으십시오. 왼손 앞쪽의 오른손에있는 레이스를 건너서 시작한 다음 오른손을 왼쪽 아래와 왼쪽 아래에 뿌려 간단한 "오버 핸드"매듭을 형성하십시오. 손을 바꾸고이 아늑한 것을 당기면 첫 번째 위에 중간 오버 핸드 매듭을 만들기 위해 과정을 반복합니다. 제외하고 지금 오른손 뒤에있는 끝을 건너야합니다 . 왼쪽에있는 것 (매듭을 쉽게 풀기 위해 루프를 추가). 당신이 이전에 한 일을 정확하게 반복한다면, 당신은 약한 할머니 매듭으로 끝날 것입니다.

Audoly의 이론은 한두 번의 트위스트로 오버 핸드 매듭에 대한 올바른 힘을 예측할 수있어 한 시점까지 성공한 것으로 판명되었습니다. 그러나 케임브리지의 MASS (Massachusetts Institute of Technology)의 기계 엔지니어 Pedro Reis와 동료들이 수행 한 실험에 따르면 이론은 더 많은 비틀기를 위해 이론이 시작되지 않았다는 것을 보여주었습니다. 이러한 실험에는 매우 탄성적 인 니켈 티타늄 와이어에서 다양한 양의 비틀기로 매듭을 묶고 테이블에 와이어를 클램핑 한 다음 기계적 암으로 매듭을 단단히 잡아 당깁니다. REIS와 동료들은 팔에 적용되는 힘을 측정함으로써 10 개의 비틀기를 가진 매듭이 한 번의 트위스트를 가진 1보다 약 1000 배 더 강한 잡아 당기가 필요하다는 것을 발견했습니다.

새로운 연구에서 Audoly와 MIT 연구원들은 실험 결과와 일치하는 이론을 만들기 위해 함께 모였습니다. 그들은 스트레치 와이어 내부에 존재하는 힘을 모델링하여 초기 이론보다 마찰에 더 큰 역할을 할당했습니다. 그런 다음 와이어의 두께, 강성 및 트위스트 수의 세 가지 (알려진) 변수 측면에서 당기 힘에 대한 공식을 작성했습니다. 두 축에 이러한 변수의 적절한 조합으로 그래프를 플로팅하면서 연구원들은 실험 데이터 포인트와 거의 완벽하게 일치하는 직선을 추적했습니다. 라인을 외삽하는 것은 10 개 이상의 비틀기가있는 매듭에 대한 신뢰할 수있는 힘 값을 생성해야한다고 팀은 온라인으로 인쇄하기 전에 물리적 검토 편지 .

이 이론은 오버 핸드 매듭에만 적용되는데, Reis는 분명히 "웅장한 통일 된 매듭 이론"이 아니라고 지적했다. 그럼에도 불구하고, 그는 그것이 더 복잡한 매듭을 묘사하는 이론에 대한 디딤돌 역할을 할 수 있기를 희망하며, 미래에는 외과 의사가 트위스트 수를 변경하여 매듭의 강도를 조정할 수 있기를 희망합니다. "매듭에 대한 많은 지식은 경험적이다"고 그는 말했다. "우리는보다 합리적인 접근 방식을 취하고 예측 프레임 워크를 만들었습니다. 커뮤니티가 부족한 것입니다."

매듭 전문가들은 최신 연구가 실질적인 이점을 가질 수 있다는 데 동의합니다. 샌디에고 캘리포니아 대학의 물리학자인 Doug Smith는 실험 측정 이이 모델의 예측력을 "매우 훌륭하게 입증"한다고 말했다. 잠재적 인 응용 프로그램에는 조정 가능한 충격 흡수 장치 또는 더 나은 운동 스트레치 밴드가 포함될 수 있다고 그는 말했다. 후자의 경우, 그는 매듭이있는 코드가 기존 고무 밴드에 비해 장점을 가질 수 있다고 말합니다.

매듭은 폴딩 단백질 및 DNA와 같은 많은 분자 시스템에서 자연적으로 발생한다고 시카고 일리노이 대학의 수학자 인 Louis Kauffman은 지적했다. 그는 매듭을 함께 유지하는 힘의 강도를 계산할 수 있다는 것은 "세포가 어떻게 분열되는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 그리고 RNA와 DNA와 관련된 과정이 어떻게 작동하는지"