@ 2023.08.19 , 07:05

你可能一直以错误的方式系鞋带

你可能一辈子都在错误地系鞋带,而在此之前,你之所以没有系错是因为你穿的是魔术贴鞋。

很多人使用的方法是,先用一根鞋带打一个环,然后将另一根鞋带绕过去,再穿过并打出第二个环。

然而,根据2017年《皇家学会A刊》上发表的一项研究表明,这种方法是错误的。

研究团队在论文中写道:“通过高速摄像观察鞋带结的现场情况,我们发现鞋带结的松解是一种突然而灾难性的现象。观察结果表明,这种松解是由结的中心受到冲击引起的变形、行走动作的摆动以及鞋带和结的自由端的惯性力之间复杂相互作用所驱动的。”

团队表示,鞋底对地面的冲击会使结变松,而你摆动的腿产生的松散鞋带结的自由端会进一步使其变松,最终导致完全松解。“通过慢动作视频和一系列实验的演示,我们发现鞋带结的松解只需几秒钟,通常没有任何预兆,而且是灾难性的。”

该团队需要进一步研究鞋带材料。然而,对于我们最喜欢的结来说,前景并不乐观。但是,有没有更好的方法呢?幸运的是,有,并且与你已经知道的结非常相似。

“事实证明,这个结有一个强形式和一个弱形式,”Terry Moore在Ted演讲中解释道,“我们被教导的是弱形式。”

根据Moore的说法,如果你系好结,蝴蝶结沿着鞋子的长方向对齐,那么你正在系弱形式。

“但不用担心。如果我们从头开始,简单地在另一个方向绕过蝴蝶结,我们得到这个强形式的结。如果你拉紧结下面的绳子,你会看到蝴蝶结定向沿着鞋子的横向轴。这是一个更强的结。它不会经常松开。它会让你少遭点儿罪,不仅如此,它看起来也更好看。”

现在别再错误地系鞋带了。

这项研究发表在《皇家学会学报A》上。

# 附:论文相关图解

你可能一直以错误的方式系鞋带
图1:人类步态阶段的图示和鞋带打结失败的高速摄像机观察图像。 图像中显示的三个步幅是在跑步机上跑了几分钟后出现的。 同一列中的图像显示了步幅中的相同阶段。 每行图像对应于单个步幅,并且每个步幅的持续时间大约为1秒。

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图2:(a)假结和(b)方结的图示,分别说明弱结和强结的依据。 每个三叶草都由一系列堆叠的三叶草(花边绳的简单交叉)组成,第一个三叶草指的是离鞋子最近的那个三叶草,它也是第一个系的。 两个结的区别在于第二个三叶草的顺向(哪条花边在哪条花边上交叉的顺序),也就是第二个三叶草的左旋。

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图3:绳结失效假设阶段的静态表示。(a) 绳结各部分的术语。(b) 当脚向后摆动撞击地面时,自由端和绳圈的惯性会拉开绳结的中心。如果自由端和绳圈的长度大致相同,这些力将相当。如果绳结中心收紧,摩擦力将在一定程度上改善惯性力的不平衡。(c) 反复冲击会使绳结中心逐渐松开,从而减少摩擦力,并放大自由端和绳圈之间惯性力不平衡的影响。此外,冲击激振会导致自由端轻微拉穿。这增加了自由端的惯性效应,使自由端进一步拉通。(d) 最终,自由端的惯性效应足够大,以至于当自由端完全拉穿绳结中心时,绳结突然发生灾难性的失效,导致第二个三叶形完全失效。

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图4:用于研究撞击和花边动力学对绳结影响的实验示意图。绳结安装在摆臂(长约 20 厘米)上,摆臂从静止状态以规定的倾斜角度释放,并撞击表面。所选角度约为 43°。这一角度的选择加上撞击表面的调整,产生了≈7g 的撞击减速度。(在线彩色版本)。

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图6:强力绳结示例:(a) 安装在摆锤上;(b) 附有自由端砝码 (ζ),用于模拟附加惯性效应;(c) 部分失效(ν 表示环形减小);(d) 完全失效(ν~ 表示无环)。值得注意的是,与 (b) 中显示的绳结相比,(c) 中显示的绳结的环径减小,自由端延长。(在线彩色版本)。

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你可能一直以错误的方式系鞋带
图14:弱绳结打结俯视图(每幅图的左侧)和强绳结打结俯视图(每幅图的右侧)。重要的是,请注意这两种绳结仅在第二个三叶草与第一个三叶草的相对打结上有所不同(参见图板(b)和(c))。此外,在拉出线圈后(如图(e)和(f)中的白色箭头所示),弱结和强结分别变成了原型的假结/格兰尼结/格兰尼结和方结/礁结(参见图(g))。(h)强结和(i)方结的描绘说明了它们的基本结构。颜色编码显示了等效的绳结部分,并表明强力绳结等同于将其自由端(黄色和橙色)塞入绳结中心以形成环状的方形绳结。子图 (j) 显示了根据模板打结的相对尺寸。自由端长度(α)等于环弦长度(β)的一半。(在线彩色版本)。

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图15:(a) 现场测试鞋带结所受加速度的照片。图中给出了记录的加速度轴线:主要冲击方向位于蓝色箭头(标为 α)和绿色箭头(标为 β)形成的平面内。红色箭头(标为 γ)表示离轴加速度的方向。(b) 原位测试鞋带结加速度时三个正交方向的加速度随时间的变化;α、β、γ 如前。(在线彩色版本)。

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