@ 2017.04.19 , 09:00
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严肃研究:你的鞋带是怎么松掉的

一项由加州大学伯克利分校的机械工程师进行的新研究展示了为什么你的鞋带总是会松脱。在不停地一次又一次绑鞋带之后,每个人都会发出这样的疑问,然而此前没人对此进行研究。该研究表明,跺脚时的双重打击和鞭打力就是那只无形的手,松开了你的绳结然后拉动鞋带的末端直到完全解开。该研究发表在4月12日的英国皇家学会学报A辑上。

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该研究不仅仅是科学解决一个看似明显问题的例子。进一步理解绳结的机理有助于研究打结的结构如何在多种作用力下解离的。该研究利用慢速相机和一系列的实验,显示了鞋带结在多种力的复杂相互作用下,几秒之内就松脱的情形。

研究共同作者、伯克利研究生Christopher Daily-Diamond说道:“如果你从理解鞋带入手,那么你可以将同样的原理应用于其他打结结构中,比如DNA或者是微观结构。这是理解某些绳结优于其余的第一步,在此之前从未有人真正研究过。”

通常有两种系鞋带的方式,其中一种系得比另一种紧,但没人知道为什么。更紧的绳结基于方结:两条鞋带反向交联两次(右手在上交叉一次,然后右手在下交叉一次)。较松的的打结方法是假结:两条鞋带同向交联两次(两次都是右手在上交叉,这也是通常的打法),会造成绳结扭在一起而不是平放。该研究显示两种打结法失败的方式相同,为进一步研究两种相似结构为何具有不同的结构完整性打下了基础。

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伯克利机械工程教授Oliver O'Reilly说道:“我们试图从力学的角度理解绳结,比如为什么某种打结方式就很牢固,其他打结方式就不行。我们证实松散的绳结总是会散开,结实的绳结经过了特定的时间也会松开,但我们还是不理解这两种绳结之间为什么会有不同的力学基础。”

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新研究的目标是基本理解鞋带绳结在动态力的作用下散开这一现象中蕴含的力学知识。先前的研究已经描述了在长期负载情况下打结结构是如何松开的,但此前尚不存在变化作用力和负载的动态压力情况下的研究。

第一步是记录鞋带散开的慢速过程。研究共同作者、研究生Christine Gregg是一个跑步者,系紧跑鞋在跑步机上开始奔跑,她的同事则记录她的鞋子。

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研究者发现鞋带是这样松掉的:在跑步的时候,你的脚以七倍重力踏在地面上,绳结会随作用力而伸缩。随着绳结松开,摆动的双腿会对鞋带的末端施加惯性力,只需两步就会使鞋带完全散开。

伯克利校长奖得主Gregg说道:“要解开鞋带,我只需要拉末端就行了,在跑步过程中也是一样的方式。导致这个的作用力不是源于行人起脚的动作,而是腿部往返摆动带来的惯性力。”

除了动态力作用于绳结,该视频还揭示了鞋带结基部较大的加速幅度。为了进一步研究,研究者随后使用了冲击摆晃动绳结,测试不同鞋带的绳结力学。

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Gregg说道:“某些鞋带可能比其他的更适用于打结,但我们认为导致它们散开的基础力学是一样的。”

研究者认为对鞋带末端增加惯性力会使鞋带更快的松开,并进行了测试。他们增加了摆动鞋带结的鞋带末端的重量,发现随着鞋带末端的惯性力增大,鞋带结也会更快地松开。

Daily-Diamond说道:“你不仅需要对绳结的基部作用脉冲力,还需要对鞋带末端作用拉力,才能使鞋带完全散开。”

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当然,行人的走路或者跑步的时候,鞋带也不是必定松开。系得很紧的鞋带需要很多次的冲击和摆腿循环才会松开,可能在一天的活动中都达不到这样的次数。要理清其中的各个变量的作用还需要进一步的研究。但这个研究的确解决了一个问题:为什么我的鞋带一分钟前还好好的,突然就松开了呢。

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Gregg说道:“其中最有意思的是你的鞋带可能很长时间都是好好的,但突然你做了一点微小的动作,然后就雪崩般地导致你的鞋带散开了。”

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 33+1

  1. 舍群其谁
    @9 months ago
    3426293

    打个死结不就好了

  2. 3426294

    还是穿套鞋吧

  3. 舍群其谁
    @9 months ago
    3426295

    打个死结不就好了

  4. 3426302

    鞋带的一千种系法

  5. 3426303

    鞋带的1000种系法

  6. 3426304

    学了半天,决定打个死结。

  7. o啊熊o
    @9 months ago
    3426309

    在鞋上绑一副耳机就完美的解决了鞋带散开的问题 甚至可以自动打结

  8. 精致女人
    @9 months ago
    3426312

    看到这个,我湿了。

  9. 3426314

    评论有bug啊

  10. 3426315

    含棉成分高的鞋带还好,有些运动鞋的那种化纤材料的鞋带,真的是非常容易松开。

  11. 3426316

    祭出神器了。鞋带别针!鞋带再也散不了了。还有装饰效果。。

  12. 3426317

    @精致女人: 那我就礼貌性的硬一下

  13. 3426319

    踢球的时候有用,然后就被吼:nmb系个鞋带都要这么久

  14. 业惊寒
    @9 months ago
    3426321

    做了一点微小的动作

  15. Solatrader
    @9 months ago
    3426324

    只要别用光溜溜的那种鞋带就好 = = 尤其是圆的

  16. 3426359

    自从学会在打蝴蝶结的时候多绕一圈,鞋带就再也没有自行松脱过

  17. 3426385

    网上有系鞋带防松开的教程,就是多绕一圈,亲测有效。

  18. 3426436

    还要看是什么样的鞋带吧,有些鞋带系上了就能感觉到很难松,有些一系上就感觉要垮了

  19. 3426440

    多一层尼龙搭扣就开不了了

  20. 艾尼路
    @9 months ago
    3426469

    有一部里番说的是鞋带控……

  21. foxracing
    @9 months ago
    3426492

    只要把系鞋带的方向反过来就行了,从脚趾方向向着脚踝方向穿鞋带,最终打结方向和原来相反不就好了?

  22. 3426535

    英国学术界骗经费系列

  23. 千里追风侠
    @9 months ago
    3426606

    换个没没鞋带的鞋子不就行了么

  24. 面神钦点先吃
    @9 months ago
    3426647

    @艾尼路: 你倒是把车门开开啊

  25. 老虎打盹
    @9 months ago
    3426764

    知道太纠结时为何会晃脑袋了

  26. 柠檬梨
    @9 months ago
    3426839

    按照方结的方式打结,同时蝴蝶节末端鞋带长度和翅膀的鞋带长度一样长就可以了
    只要保持干燥,一次用一年没问题

  27. 超级兼容机
    @9 months ago
    3426895

    小时候完全不会打结,那时只买带魔术贴的鞋子

  28. 新奇点评
    @9 months ago
    3427251

    新奇点评 xinqii.com

  29. 新奇点评
    @9 months ago
    3427256

    新奇点评 www.xinqii.com

  30. 喵喵喵喵喵
    @9 months ago
    3430247

    光是绑鞋带我就学了很久了,现在看到这些绳结图已经停止了思考

  31. 美好药店
    @9 months ago
    3430275

    道理我都懂

  32. 77880099
    @9 months ago
    3432879

    鞋带松了

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