无论你把鞋带系得多紧,它一定会在某个时候自动散开。幸运的时候自己发现或者被旁人提醒,不幸的时候它就绊你一跤。
“走着走着就散了呗”并不是一个严谨的回答,虽然这么说没什么大错。最近,美国加州大学伯克利分校的研究人员在《英国皇家科学院院刊A》上发表了一篇论文,首次详细解答了这个问题。
机械工程系教授奥莱利和学生找来一个志愿者,请她在跑步机上慢跑,并且在拍摄视频的同时测量鞋带的加速度。为了更方便地观察到鞋带散掉的情形,她使用的是“奶奶结”,也就是两个鞋带圈关于鞋子中轴对称。
慢动作视频展示出,鞋带结松散的过程可以分为两个阶段:首先在较长时间内缓慢地变松,一旦绳结开始有散开的趋势,它会在两三步之内彻底松绑。
研究人员惊叹于,鞋带结上下颠簸时产生的加速度可达重力加速度的6倍到8倍,这个数字甚至超过了地球上所有过山车的最高加速度。
但这并不能解释鞋带为什么会自动松开。在接下来的实验中,志愿者或者原地踏步,或者悬空摆动双腿,但两种运动方式都不如走路或跑步那样容易使鞋带散开。
奥莱利认为,两种效果的结合是关键。两种运动形式分别对应了鞋带结在走路过程中的两种受力,一是脚踏地面时,结心所受到的冲击力,二是绳头随着脚的前后摆动产生的惯性牵引力。
我们解开鞋带的时候只需要拉住一个自由端就可以了,自动散开的过程也是一样。绳结心在双脚跺地的冲击力下伸缩而逐渐变得松散,达到一个临界状态之后,双腿摆动带来的惯性力终于超过了绳结的静态摩擦力,整个结就瞬间散开了。
鞋带头越重,惯性力也就越大,如此鞋带结会松开得更快,这也得到了后续实验的证实。末端是金属环的鞋带比塑料环的更容易散,也是这个道理。
有一件事情是确定的:方结总是比“奶奶结”结实得多。研究人员还无法解释这到底是为什么,可能跟鞋带结内部的不同交错和受力情况有关。但这并不妨碍外科医生、水手和登山爱好者长久以来就在实践中广泛地使用方结。
如果你还是不知道方结怎么打,或者你的鞋带太滑、不管打什么结都要走两步重新系一次,那么还有一个终极大招:不管用哪种办法系好鞋带之后,用两个绳环再打一个普通活结并拉紧,也就是所谓的“双结”。
(据《南都周刊》)
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