Почему провода от зарядки и наушников вечно спутываются?

Большинство меломанов сталкивается с одной и той же проблемой — их наушники, оставленные в кармане или сумке, из раза в раз самопроизвольно запутываются в сложные узлы. Выяснить, почему это происходит, решили физики Дориан Рейнер и Дуглас Смит из Калифорнийского университета в Сан-Диего — их работа была опубликована в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Учёные провели эксперимент: они складывали шнуры, которые по диаметру и плотности напоминают наушники, в коробку, а затем встряхивали её несколько раз. Полученный результат они фиксировали с помощью цифровой фотографии, а затем анализировали с помощью математической теории. Рейнер и Смит проделали такие манипуляции 3415 раз со шнурами различной длины.

В результате анализа фотографий учёные обнаружили 120 разных типов узлов, в которые провода способны завязываться без посторонней помощи. При этом оказалось, что вероятность возникновения узлов и их тип напрямую зависит от длины и жёсткости шнура — более жёсткие и короткие провода реже запутываются. Например, шнуры длиной менее 46 сантиметров почти не запутывались. При эксперименте с более длинными шнурами сложные узлы образовывались буквально за секунды.

Из-за чего появляются узлы?

В ходе эксперимента выяснилось, что шнур, помещённый в коробку, сначала складывается в клубок, радиус которого подобен ширине ящика. Во время переворачивания коробки эта спиралевидная форма сохраняется до тех пор, пока свободный конец провода не переплетётся дважды с другим участком шнура. В итоге, возникает простой узел, из которого начинают образовываться более сложные. Жёсткие и короткие провода во время встряхивания коробки недостаточно сильно изгибались и максимально сохраняли первоначальную форму, в итоге узлы не получались.

В чём важность исследования?

Авторы эксперимента отмечают, что явление узлов в различных структурах стало предметом научного изучения ещё в конце XIX века. Сейчас понимание закономерности образования узлов играет важную роль в изучении спиралей ДНК в живых клетках, квантовой теории поля, математической теории узлов. Таким образом, эксперимент Рейнера и Смита может быть полезен физикам, молекулярным биологам, математикам и другим специалистам.