Stabil verknüpft

us | Kletterer hängen ihr Leben daran und auch Segler müssen voll auf sie vertrauen können: stabile Knoten. Was zunächst nach robuster, aber durchaus erlernbarer Handarbeit klingt, haben Mathematiker und Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) auf einem hochtheoretischen Niveau untersucht. Und damit wieder einmal bewiesen, dass Knoten tatsächlich eine Wissenschaft für sich sind. In der Fachzeitschrift „Science“ publizierten sie ihre neuen Erkenntnisse über die Topologie und Mechanik von Knoten, die sie zum einen durch Berechnungen und Simulationen und zum anderen aus optomechanischen Experimenten gewonnen haben. Dazu nutzten die Forscher spezielle Fasern, die bei Belastung ihre Farbe verändern. Die in Simulationen vorher­gesagten Belastungen während des Festziehens konnten so bestätigt und sichtbar gemacht werden. Eigens dafür aufgestellte Zählregeln flossen in die Berechnungen ein und ermöglichten eine präzise Vorhersage der rela­tiven mechanischen Stabilität eines Knotens. Bei der Prognose spielen die Reibung, die Kompressionskraft im Knoten und die Zahl der Kreuzungspunkte eine wichtige Rolle. Die Wissenschaftler testeten mehrere bekannte Knoten wie den Schmetterlings­knoten, den Zeppelinstek und den Altweiber­knoten an einer Faser mit 0,15 mm Durchmesser auf ihre Reißfestigkeit. Auch hier erzielten sie gute Übereinstimmungen mit den Vorhersagen ihrer Simulation.

In den Lebenswissenschaften könnten die Berechnungen von Belang sein, wenn ungeklärte Fragen über Knoten in Proteinen und DNA erforscht werden sollen. |