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为什么鞋带要解开?科学解释

鞋带解开。科学知道原因。Progres ... an/Shutterstock)

的科学家们解开了一个棘手的问题:鞋带意外解开背后的力量。

第一次,研究人员记录了鞋带结在运动中的力学机制,以了解是什么使它们松脱并最终解体。他们发现,行走和跑步会产生出人意料的强大力量——比最强大的过山车还强大——作用于鞋带的结、蝴蝶结和松脱的末端。

首先,结开始松脱。科学家们在一项新的研究中写道,一旦发生这种情况,拍打末端的动作就会使解开的过程升级,直到绳结解开,这种情况发生得非常突然。[解开!解决解开鞋带这一棘手问题的视频

科学发现往往源于对日常问题的好奇。这项研究的合著者、加州大学伯克利分校机械工程教授奥利弗·奥雷利告诉《生活科学》,多年来他一直在想,为什么他的鞋带不管打结多么小心都会一直解开。

,最近,当他教小女儿如何系鞋带时,他注意到网上有很多演示这一过程的教学视频,但没什么能解释为什么这些视频会被解开。

运动中的结

O'Reilly和他的同事借了一台高速摄像机,拍摄了合著者、加州大学伯克利分校的研究员、博士生、热心跑步者克里斯汀·格雷格(Christine Gregg)的穿鞋脚,当她在跑步机上跑步时,

“很长一段时间都没发生什么事,”O'Reilly告诉《生活科学》然后,突然之间,一切都发生了——鞋带很快就解开了。他解释说:“这件事的解开和发生的速度真的让我们吃惊,我们开始试图找出它是如何发生的。”。[7件日常事物的神秘物理学]

为了观察跑步如何使绳结变形,他们使用了一个加速度计——一种测量运动的装置——发现作用在鞋带绳结上的重力(即g力)高得惊人:奥雷利说,高达7g。从这个角度来看,世界上最强大的过山车——南非约翰内斯堡的恐怖之塔——产生了6.3克的重力,奥雷利说,

“你的鞋带在每一个跑步步骤中都会受到这个力的影响,”他说,

随着跑步动作的重复,这个结开始打结变形并松开。同时,花边的蝴蝶结和两端来回摆动,它们开始从结中滑过,就像你故意解开蝴蝶结时一样。

“来回摆动的动作实际上增加了自由端的惯性力,”O'Reilly说这加剧了失衡。然后他们穿过去,然后鞋带就失效了。”

强弱对比

接下来,科学家们反复测试了两种最常用的鞋带结——都是双缝的变体,但事实证明,其中一种比另一种更为强健——使用的是服装鞋带和模仿人类步伐动作的钟摆。一连15分钟,钟摆来回摆动着有重量的鞋带,摆动的动作模拟着腿的摆动,重量模拟着脚落地的冲击。

他们发现,在15分钟的时间里,所有的弱结都失败了。一些结实的结也失败了,当鞋带增加更多的重量时,更多的结被解开了。因此,格雷格在一份声明中说,虽然有些结可能比其他结持得更久,但作用中的力最终会产生一种“雪崩效应”,即使是最顽强的结也可能会被梳理出来,研究人员跟踪了结随着时间的推移而发生的变形,以及它们是如何被行走或跑步的动力学所放松的。(Oliver M.O'Reilly)

这些发现解开了一个谜团,可以追溯到

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