Als Eismann Ötzi vor rund 5.000 Jahren durch die Alpen stapfte, tat er das in Schuhen, die mit Bändern aus Pflanzenfasern verschlossen waren. Seit diesem frühesten Beispiel hat der Schnürsenkel den Menschen durch die Geschichte begleitet. Selbst der Klettverschluss konnte den Senkel nie ganz verdrängen.

Entsprechend alt ist das leidige Problem mit der sich lösenden Schleife: Je nach Knotentechnik geht jeder Schnürsenkel früher oder später auf. Warum das so ist, wollten Maschinenbauingenieure der Universität von Kalifornien in Berkeley jetzt genau wissen. Über ihre Versuche berichten sie im Magazin Proceedings A der britischen Royal Society (Daily-Diamond, O'Reilly et al., 2017)

"Wenn man das Prinzip des Schnürsenkels zu verstehen beginnt, kann man dieses Wissen auch auf andere geknotete Strukturen übertragen, die dem Einfluss dynamischer Kräfte unterliegen", erläuterte Christopher Daily-Diamond, einer der Autoren der Studie, das Interesse an dem vermeintlich trivialen Schnürsenkelproblem. Solche Erkenntnisse wären etwa für die Materialforschung wichtig, aber auch beispielsweise für ein besseres Verständnis des komplex strukturierten Erbgutmoleküls DNA.

Für ihre Untersuchung schickten die Forscher eine Kollegin aufs Laufband: Während die passionierte Läuferin Christine Gregg, Mitautorin der Studie, ihre geschnürten Laufschuhe übers Band trieb, filmten ihre Kollegen die Bewegungen der Schnürbänder in Zeitlupe. Zudem schnürten sie eine Schleife um ein spezielles Pendel, damit sie die einzelnen Kräfte, die auf die Senkel wirken, besser isoliert voneinander untersuchen konnten.

Wie sich zeigte, sind gleich zwei Kräfte für das Aufgehen der Schleife verantwortlich: Zum einen lockert sich der Knoten, weil sich beim Auftreten die auf ihn wirkende Kraft erheblich verstärkt. Hebt sich der Fuß wieder, lässt die Kraft nach, was zu einem permanenten Wechsel von Dehnen und Entspannen des Knoten und so zur Lockerung führt.

Schwingen macht locker

Gleichzeitig wirken Kräfte auch an den losen Enden der Schnürsenkel, die beim Laufen vor- und zurückschwingen. Sie ziehen den Knoten schließlich auf. Das eigentliche Versagen des Knotens ist dann ein Werk von wenigen Sekunden und geschieht ohne Vorwarnung.

"Man braucht tatsächlich die Einwirkung beider Kräfte, jene auf den Knoten ebenso wie die auf die losen Enden", sagte Daily-Diamond. Wer also etwa im Sitzen die Beine übereinanderschlägt und dann mit dem Fuß wippt, riskiert keine "Schleifenkatastrophe". Ebenso reiche bloßes Stampfen auf den Boden nicht aus, um den Knoten zu lösen.

Es gebe Schleifenvarianten, deren Knoten besser hielten als andere, so die Forscher. 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.

Wie die Experten selbst schreiben, sind damit keineswegs alle Rätsel rund um den Schnürsenkel gelöst: Das Problem sei alles andere als abschließend erforscht, viele Fragen zu den mechanischen Grundlagen noch offen. Auch der Einfluss des Senkelmaterials und seiner Oberfläche auf das Verhalten der Schleife sei längst noch nicht geklärt.