走著走著，鞋帶怎么就開了？| 壹讀知道

少女心爆棚的阿呆：為什么電視劇里總有為女豬腳綁鞋帶的劇情??？

遺毒君：為了瑪麗蘇，鞋帶不松故事怎么發(fā)展呢？雖然鞋帶松了是再日常不過(guò)的事情，不過(guò)相信很多人應(yīng)該都沒(méi)有想過(guò)為什么。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程學(xué)教授就正兒八經(jīng)做實(shí)驗(yàn)研究了這個(gè)問(wèn)題。

立志要用科學(xué)打敗瑪麗蘇的壹讀君 | 水泥

不作死就不會(huì)死，這句話用在鞋帶松了這件事就很生動(dòng)——如果你坐著不動(dòng)，鞋帶當(dāng)然不會(huì)松開；坐著抖抖二郎腿，鞋帶也不見(jiàn)得會(huì)松開；一般我們發(fā)現(xiàn)鞋帶松了，都是在行走中或者奔跑中。可是這是為什么呢？

這個(gè)生活中看起來(lái)很普通的問(wèn)題其實(shí)可能有一個(gè)科學(xué)的答案，對(duì)于奧利弗（Oliver M. O'Reilly）來(lái)說(shuō)，這就是一個(gè)十分重要又有意義的科學(xué)問(wèn)題。懷著好奇心，他和自己的同事學(xué)生做了實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是：鞋帶散開是一個(gè)急驟的過(guò)程，在跺腳和擺腿兩種行為產(chǎn)生的作用力的交織下，鞋帶可能就會(huì)突然全面散開。

為了觀察鞋帶是如何松開的，奧利弗通過(guò)錄制實(shí)驗(yàn)者在跑步機(jī)上正常跑步的慢動(dòng)作視頻，仔細(xì)觀察了鞋帶松開的全過(guò)程，他們發(fā)現(xiàn)主要有兩個(gè)階段，一個(gè)是“漸變松動(dòng)期”，一個(gè)是“急性潰敗期”。

在“漸變松動(dòng)期”，實(shí)驗(yàn)者走了很多步，鞋帶僅有微小的變化（其實(shí)在松開之前人眼可以觀察到的變化幾乎沒(méi)有）；但一旦進(jìn)入“急性潰敗期”，也就是鞋帶開始松動(dòng)的階段，在某個(gè)即將散開的瞬間，鞋帶就能在兩到三步的時(shí)間內(nèi)瞬間“崩潰”，松開。

讓鞋帶瞬間崩潰的力量來(lái)自于哪里呢？

研究人員在實(shí)驗(yàn)者的鞋舌上安置了一臺(tái)儀器，用來(lái)測(cè)量走路和跑步時(shí)鞋帶承受的力。他們發(fā)現(xiàn)，跑步時(shí)，人們會(huì)跺腳和擺腿，跺腳產(chǎn)生的重力加速度使鞋帶自由帶拉伸；擺腿時(shí)鞋帶自由端同樣受到慣性影響受到拉力拉伸；每跑一步，鞋帶打結(jié)處的摩擦力在遞減，直到某個(gè)拐點(diǎn)鞋帶快速散開。

Free end即自由端，也就是鞋帶放飛的部位。

不過(guò)為什么我們也不見(jiàn)得每一次穿了有鞋帶的鞋就會(huì)掉鞋帶呢？

首先，我們系鞋帶的方式有很多。Ted Moore就曾經(jīng)在05年的一次TEDTalk演講中教給觀眾一種綁鞋帶不容易掉的方式。

但日常生活中我們一般系鞋帶常用的方式是奶奶結(jié)，但看起來(lái)和它差不多一樣有兩個(gè)兔耳環(huán)的方形結(jié)其實(shí)就更牢靠。研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)方形結(jié)就相對(duì)不容易松開。

左邊是奶奶結(jié)，右邊是方形結(jié)

其次，什么時(shí)候是鞋帶開始松開的拐點(diǎn)呢？事實(shí)上，鞋帶總是能夠安好地待上一段時(shí)間，直到你某一次比較“作”的動(dòng)作，鞋帶開始松動(dòng)，就可能會(huì)引發(fā)雪崩效應(yīng)直到鞋帶徹底松開。

解決了鞋帶松的問(wèn)題，這項(xiàng)研究成果還可能有助于理解外科手術(shù)的縫合打結(jié)，深海光纜的糾結(jié)和斷裂等等，為其它相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究發(fā)揮作用。

所以如果#壹堆飯#們?cè)谏钪幸灿羞@樣奇思妙想，千萬(wàn)不要放過(guò)每一個(gè)動(dòng)動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，說(shuō)不定每一個(gè)你那古怪又讓人想不通的問(wèn)題，也會(huì)有科學(xué)又有價(jià)值的答案。

資料來(lái)源：

1. 《The roles of impact and inertia in the failure of a shoelace knot》，Christopher A. Daily-Diamond， Christine E. Gregg， Oliver M. O'Reilly，Proc. R. Soc. A 2017 473 20160770； DOI： 10.1098/rspa.2016.0770. Published 12 April 2017endprint