Physik: Wie sich Schnürsenkel entknoten

Wissenschaftler beantworten eine wichtige Alltagsfrage: Wieso gehen Schuhbänder ständig auf, auch bei korrekter Verknotung?

Forscher haben herausgefunden, warum sich Schuhschleifen oftmals lösen: Grund ist die verhängnisvolle Wirkung zweier Kräfte. Zum einen lockert sich durch das wiederholte Auftreten das Zentrum des Knotens, schreiben US-Forscher in den Proceedings of the Royal Society A.

Zum anderen ziehen die losen Enden der Schnürsenkel, die beim Gehen in Schwingungen geraten, den Knoten nach und nach auf. Das Versagen des Knotens passiere in wenigen Sekunden und geschehe ohne Vorwarnung.Jeder kenne das Problem mit sich lösenden Schnürsenkeln, schreiben Christopher Daily-Diamond und seine Mitarbeiter von der University of California in Berkeley in ihrem Fachartikel. Wissenschaftlich untersucht sei es aber kaum. Sie hätten zunächst beobachtet, dass sich Schnürsenkel nicht lockern, wenn man im Sitzen das Bein lediglich hin- und herschwingt. Andersherum reiche bloßes Stampfen auf den Boden nicht aus, um den Knoten zu lösen.

Um herauszufinden, was genau geschieht, begab sich Mitautorin Christine Gregg auf ein Laufband. Ihre Kollegen zeichneten beim Gehen oder Rennen Zeitlupen-Videos der Schnürsenkel auf. Zudem schnürten die Wissenschaftler eine Schleife um ein spezielles Pendel, damit sie die einzelnen Kräfte, die auf die Senkel wirken, besser isoliert voneinander untersuchen konnten.

Das Ergebnis: Beim Auftreten erhöht sich die auf den Knoten wirkende Schwerkraft erheblich. Als Reaktion auf diese Kräfte, dehnt und entspannt sich der Knoten abwechselnd. Dadurch lockert er sich nach und nach. Gleichzeitig wirken Trägheitskräfte an den losen Enden der Schnürsenkel, die beim Laufen vor- und zurückschwingen. Sie ziehen den Knoten schließlich auf.

Der klassische Kreuzknoten hält länger als der "Altweiberknoten"

Es gebe Schleifen-Varianten, deren Knoten besser hielten als andere. Der "falsche Knoten" - im deutschen Altweiberknoten genannt - sei eine Variante, die sich besonders schnell löse. Der klassische Kreuzknoten halte hingegen länger, löse sich schließlich aber auch. Die beiden Schleifen-Varianten unterscheiden sich dadurch, wie beim Binden der lose Senkel um die Schlaufe geführt wird - von vorne oder von hinten.

Die Forscher raten dazu, einmal selbst mit den Schleifen zu experimentieren, um den Unterschied herauszubekommen."Wir konnten zeigten, dass der schwache Knoten immer versagt und der starke Knoten nach einer gewissen Zeit, aber wir wissen immer noch nicht, wo die entscheidenden mechanischen Unterschiede zwischen beiden Knoten liegen", sagt Oliver O'Reilly.

Auch der Einfluss der Senkelmaterials und seiner Oberfläche ist noch unklar. "Einige Senkel eignen sich vielleicht besser als andere zum Schnüren eines Knoten, aber die zugrundeliegenden Mechanismen beim Versagen des Knoten sind dieselben, nehmen wir an", erklärt Christine Gregg in einer Mitteilung ihres Instituts.