Nur einmal kurz nicht aufgepasst und schon wird aus dem stabilen und bewährten Kreuzknoten ein Knoten, der diesem zwar zum Verwechseln ähnlich sieht, aber keineswegs so stabil und bewährt ist, nämlich der sogenannte Omaknoten, der übrigens wirklich so heißt. Die Namengeber zielten bei der Benennung wohl darauf ab, dass Omas Augenlicht nicht mehr das allerbeste ist und sie dementsprechend auch mal einen Fehler beim Schuhzubinden übersieht.
Wie dem auch sei: Omas Knoten hält nicht, was er verspricht, nämlich den Schuh sicher am Fuß zu fixieren. Ganz im Gegenteil sogar löst er sich recht schnell wieder und entlässt die Schnürsenkel in ein wirres, wild umherflatterndes Durcheinander, über das sich wunderbar stolpern lässt. Das missfällt nicht nur Oma, sondern auch den Wissenschaftlern, die die Haltbarkeit von Knoten professionell erforschen.
Knoten öffnen sich wie von Geisterhand
Das Physiker-Team um Oliver O’Reilly von der University of California in Berkeley, USA, wollte wissen, warum Knoten sich überhaupt ganz alleine wie von Geisterhand öffnen können und welche Kräfte dabei am Werk sind. Dazu schickten die Forscher eine Studentin zum Joggen auf ein Laufband und filmten die Knoten der Laufschuhe dabei mit Hochgeschwindigkeitskameras. Im Anschluss daran ließen sie den Film in Zeitlupe abspielen und schauten sich die einzelnen Bilder ganz genau an.
Dabei stellte sich heraus, dass die Knoten der Schnürsenkel jedes Mal eine enorme Erschütterung erfuhren, sobald der Fuß beim Laufen auf den Boden aufgesetzt wurde. Diese Erschütterungen führten nun dazu, dass sich der Knoten jedes Mal ein kleines bisschen dehnte und anschließend aber auch wieder anspannte.
Aber das war noch nicht alles. Zeitgleich wirkten beim Laufen nämlich auch Beschleunigungs- und Trägheitskräfte auf die lose umherbaumelnden Enden der Schnürsenkel ein, was unterm Strich den gleichen Effekt hatte, als würde man daran ziehen, meinen die Physiker. „Es braucht beide Kräfte, die Erschütterung der Knotenbasis und auch die Zugkräfte an den freien Enden der Schnürsenkel“, bilanziert der Co-Autor der Studie Christopher Daily-Diamond die Forschungsergebnisse im Fachblatt Proceedings of the Royal Society A. „Ein Knoten versagt nicht ohne diese beiden Kräfte, eine alleine genügt nicht.“
So halten die Knoten länger
Interessanterweise fanden die Berkeley-Wissenschaftler zudem heraus, dass nicht nur der sogenannte Omaknoten mit der Zeit versagte, sondern auch der festere Kreuzknoten, wenn auch nicht ganz so schnell. Ein Team aus Physikern und Mathematikern um Matthias Kolle und Jörn Dunkel vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA, wollte Genaueres wissen und machte sich auf die Suche nach den Konstruktionsmerkmalen, die einen festen und haltbaren Knoten von einen instabilen und nicht so lange haltbaren Knoten unterscheiden. Dabei verwendeten die Wissenschaftler Schnüre aus speziellen Fasern, die unter Belastung ihre Farbe verändern. So konnten die Forscher ganz genau sehen, an welchen Stellen ein Knoten besonderen Belastungen ausgesetzt ist und wo nicht.
In der Studie der Cambridger zeigte sich, dass Knoten umso fester sind, je mehr Widerstand in Form von Reibung sie dem Öffnen entgegenzusetzen haben. Ein Knoten mit möglichst vielen Umschlingungen beziehungsweise Kreuzungspunkten, der beim Festziehen sowie Öffnen viel Reibung erzeugt, ist demnach fester und stabiler beziehungsweise haltbarer als ein Knoten, den kaum Reibungswiderstand am Öffnen hindert.
So kamen die MIT-Forscher auch dem Unterschied zwischen Kreuzknoten und Omaknoten auf die Spur. Obwohl beide sich auf den ersten Blick sehr ähneln, so kann doch der Kreuzknoten deutlich mehr Reibung beim Festziehen als auch beim Öffnen aufbauen. „Es sind diese subtilen Unterschiede zwischen den Knoten, die darüber entscheiden, ob ein Knoten festhält oder nicht“, bilanzierte der Mathematikprofessor Jörn Dunkel die Forschungsergebnisse Anfang 2020 im Fachblatt „Science“.
Was tun, wenn der Knoten einmal zu fest ist?
Die Sache mit der Reibung hat aber auch einen Nachteil: Wer einen Knoten zu fest zuzieht oder ihn mit einem Doppel- oder Dreifachknoten zusätzlich sichert, läuft Gefahr, die Konstruktion nur noch schlecht oder gar nicht mehr öffnen zu können. Vor allem bei sehr dünnen Schnürsenkeln kann das durchaus passieren. Was dann? Zum einen ist es natürlich möglich, die Fingernägel oder auch eine Stricknadel zu Hilfe nehmen, und so zu versuchen, den Knoten zu lockern. Findet selbst die Stricknadel keine Lücke mehr, kann der Knoten vorsichtig mit einem Hammer ein wenig plattgeklopft werden, sodass sich mit Glück eine winzige Öffnung auftut, in die sich die Stricknadel einführen lässt.
Es gibt aber auch noch eine andere Möglichkeit aus Omas Trickkiste der bewährten Kniffe. Die freien Enden des Schnürsenkels oder auch die Schlaufen werden einfach in den Knoten hineingeschoben. Diese sollten dabei möglichst dicht am Knoten ergriffen werden. Falls geflochtene Schuhbänder dafür zu instabil sind, kann man sie etwas verdrehen beziehungsweise verdrillen, dann geht es leichter. Sollte auch das nicht funktionieren, bleibt als letzte Möglichkeit wohl nur noch eines: der Griff zur Schere. Aber ob das Oma gefallen würde?