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Topological mechanics of knots and tangles

机译:结和缠结的拓扑力学

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摘要

Knots play a fundamental role in the dynamics of biological and physical systems, from DNA to turbulent plasmas, as well as in climbing, weaving, sailing, and surgery. Despite having been studied for centuries, the subtle interplay between topology and mechanics in elastic knots remains poorly understood. Here, we combined optomechanical experiments with theory and simulations to analyze knotted fibers that change their color under mechanical deformations. Exploiting an analogy with long-range ferromagnetic spin systems, we identified simple topological counting rules to predict the relative mechanical stability of knots and tangles, in agreement with simulations and experiments for commonly used climbing and sailing bends. Our results highlight the importance of twist and writhe in unknotting processes, providing guidance for the control of systems with complex entanglements.
机译:结在生物和物理系统(从DNA到湍流的血浆)的动力学以及攀爬,编织,航行和手术中起着根本作用。尽管已经研究了多个世纪,但对于弹性结中的拓扑和力学之间的微妙相互作用仍然知之甚少。在这里,我们将光机械实验与理论和模拟相结合,以分析打结的纤维,这些打结的纤维在机械变形下会改变其颜色。利用远程铁磁自旋系统的类比,我们确定了简单的拓扑计数规则,以预测结和缠结的相对机械稳定性,并与常用的攀登和航行弯道的模拟和实验相吻合。我们的结果强调了扭曲和扭曲在未打结过程中的重要性,为控制复杂纠缠的系统提供了指导。

著录项

  • 来源
    《Science》 |2020年第6473期|71-75|共5页
  • 作者单位

    MIT Dept Math Cambridge MA 02139 USA;

    MIT Dept Mech Engn Cambridge MA 02139 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-18 05:28:38

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