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Materialforschung:Was einen Knoten zusammenhält

Knoten sind zwar älter als das Rad, doch ihre theoretischen Grundlagen sind kaum verstanden. Mit einer Faser, die sich bei Belastung verfärbt, machen Forscher nun die Kräfte in den Knäueln sichtbar.

Knoten sind eine der ältesten Erfindungen des Menschen - es gab sie vermutlich schon vor dem Rad - dennoch sind sie für die moderne Wissenschaft bis heute ein großes Rätsel. Warum etwa der Ankertauknoten meistens mehr aushält als die Achterschlinge, lässt sich mit theoretischen Modellen kaum beantworten. Schließlich spielt nicht nur die Form des Knotens, die sogenannte Topologie, eine Rolle, sondern auch Faktoren wie Reibung und Elastizität. Ob eine Schlinge hält oder nicht, zeigen daher meistens nur die Erfahrung und der Test in der Praxis.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology konnten nun jedoch mithilfe eines Kniffs die Mechanik von Knoten besser durchleuchten als bislang möglich. Dafür nutzten sie eine neuartige Faser, die sich bei Belastung gelb und grün verfärbt - an diesen Stellen wird das Seil also besonders strapaziert. So gelang es zu ergründen, wo im Knoten die größten Kräfte wirken.

In den Experimenten erprobten die Materialforscher, welche Knoten sich besonders gut eignen, um "ein orientiertes 2-Gewirr, definiert als Verbund zweier orientierter offener Kurven eingebettet in den Raum" herzustellen. Oder anders ausgedrückt, zwei lose Enden eines Seils zu verbinden.

Dabei zeigte sich, dass etwa der Weberknoten besser hält als der Altweiberknoten. Zwar sehen beide ähnlich aus, verhalten sich aber ganz unterschiedlich. Ein entscheidender Faktor sind dafür wohl die Windungen, also welche Kurven der Strick im Knoten einlegt. Viele Windungen sind zwar prinzipiell gut, doch zeigen zu viele von ihnen in die gleiche Richtung, löst sich der Knoten auch einfacher auf.