鞋带为什么会突然散开?你知道它在散开之前遭遇了什么吗?在教女儿系鞋带时,Oliver O’Reilly突然想到了一个问题:为什么鞋带会突然散开?四处询问后,他发现别人也不知道答案。因此,身为加州大学伯克利分校机械工程师的O’Reilly说服了两名同事,一起帮助他解开这个谜团。在4月11日发表于《皇家学会报告》A系列的一篇论文中,他们表明鞋带结是在多重作用力下突然散开的。
科学家们原以为鞋带结是缓慢散开的。但通过慢镜头拍摄一位跑步者在跑步机上跑步时的鞋带,他们发现鞋带结是在一两步内快速散开的。为了弄清原因,O’Reilly及同事在鞋舌上安装了一个加速度计,以测量鞋带结所受的力。他们发现,在行走时,鞋带所受的冲击和加速度总计达到了惊人的7g,大约相当于阿波罗号宇宙飞船重返地球大气层时所受的重力加速度。进一步的实验表明,简单的上下跺脚不足以让鞋带结散开;来回摆动也不能。
真正让鞋带结散开的是两种力的交错作用:反复的冲击让结变松,方向的改变拉开鞋带。卡耐基梅隆大学的机械工程师Khalid Jawed表示,鞋带结之谜解开了,但它并不仅仅是个纯粹的学术问题。他说,鞋带结是最简单的一种结,名叫三叶结。一般而言,大部分常用结都只是三叶结的组合。“了解了简单结的工作和松散原理,我们就能理解更复杂的结。”他说。
这或许有助于人们开发更结实的外科结扣和更强韧的纤维,甚至还能揭示深海光缆为什么会打结断裂。不仅如此,它或许还能帮助人们改进计算机动画模拟头发运动的方式,因为头发运动和缠绕的方式与绳结非常类似。O’Reilly鼓励人们在行走或跑步时自行展开观察:在一边打上顺结,另一边打更紧的平结(又叫方结),看看哪边的鞋带更牢固。不过实验时请小心:把自己绊倒就不好了。