冉浩

同學(xué)們有沒(méi)有過(guò)這樣的經(jīng)歷？走著走著，腳上的鞋帶突然就開(kāi)了?？墒?，它才剛剛綁好不久?。繛槭裁匆谎圆缓纤瓦@么開(kāi)了？科學(xué)家知道怎么回事嗎？你還別說(shuō)，真有科學(xué)家研究了這件事，而且還在不久前給出了答案呢！我們一起來(lái)看看吧！

鞋帶為什么系得住

我們都知道，打個(gè)結(jié)，東西就算是綁住了?？墒?，為什么會(huì)綁住呢？它為什么沒(méi)有很輕易地滑開(kāi)呢？

這里面有一個(gè)非常重要的物理因素——摩擦力。從某種意義上來(lái)講，摩擦力是一種碰撞阻礙。如果我們把物體的表面放大，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些表面是凹凸不平的。越粗糙的表面，這種特征就越明顯。當(dāng)兩個(gè)物體放在一起的時(shí)候，它們的表面相互接觸，就像齒輪相互咬合一樣，一個(gè)表面凹進(jìn)去的地方就可能和另一個(gè)表面凸出來(lái)的地方扣在一起。這樣，兩個(gè)物體接觸的表面積越大，這種“咬合”的地方也就越多。你在拖動(dòng)它的時(shí)候，遇到的阻礙也越大。比如，你換床單的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很難將床單從床上拽下來(lái)，這就是摩擦力的作用。而掀起床單卻會(huì)很容易，因?yàn)槟阃ㄟ^(guò)使兩個(gè)面分離而解除了這種“咬合”狀態(tài)。

增大摩擦力的另一個(gè)因素，就是壓力。較大的壓力能夠使物體的接觸面發(fā)生細(xì)微的變形，從而使一些原本沒(méi)有“咬合”的凹凸處彼此交錯(cuò)到一起，從而增大了摩擦力。也正因?yàn)槿绱耍粋€(gè)較重的物體才會(huì)更難拖動(dòng)。

系鞋帶也是利用了摩擦力的原理。通過(guò)捆綁，使鞋帶的各個(gè)面之間相互接觸，而綁緊的鞋帶又帶來(lái)了足夠的壓力?？梢哉f(shuō)，如果沒(méi)有摩擦力，鞋帶是系不住的，結(jié)會(huì)輕易解開(kāi)。當(dāng)然，可能你也不會(huì)有鞋帶——布料之所以能夠存在，是因?yàn)榻M成布料的線(xiàn)或纖維之間存在摩擦力。

鞋帶是怎么自動(dòng)開(kāi)的

雖然系得很緊，但鞋帶終究還是開(kāi)了。為什么呢？為此，科學(xué)家專(zhuān)門(mén)通過(guò)跑步機(jī)上的視頻，研究了鞋帶解開(kāi)的過(guò)程。

你瞧，鞋帶就是從這樣的完美狀態(tài)，一點(diǎn)點(diǎn)解開(kāi)的：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人在做比較劇烈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，鞋帶是比較容易開(kāi)的，比如奔跑。但如果只是踏步的話(huà)，鞋帶就不太容易開(kāi)了。

研究結(jié)果顯示，在做劇烈運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，鞋帶打結(jié)的地方會(huì)受到大的沖力，甚至可以高達(dá)7個(gè)重力加速度，這相當(dāng)于阿波羅號(hào)宇宙飛船重返地球大氣層時(shí)承受的重力加速度。

他們甚至使用機(jī)械來(lái)模擬人的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)踏地和擺動(dòng)這兩個(gè)動(dòng)作單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)，對(duì)鞋帶的影響并不大，但這兩個(gè)動(dòng)作組合起來(lái)就不一樣了。踏地會(huì)使結(jié)的兩頭向上揚(yáng)起，然后再落下，這個(gè)過(guò)程會(huì)使結(jié)變得比原來(lái)稍微松一丁點(diǎn)；然后，抬腿擺動(dòng)的時(shí)候又會(huì)使鞋帶的繩子左右擺動(dòng)，會(huì)使鞋帶從結(jié)那里稍微退出一丁點(diǎn)——整套運(yùn)動(dòng)會(huì)來(lái)回拉扯鞋帶，一點(diǎn)點(diǎn)把結(jié)變松。這樣，鞋帶之間的摩擦力就會(huì)減小。而退出的鞋帶越長(zhǎng)，這種拉扯作用也就越強(qiáng)，結(jié)就會(huì)越來(lái)越快地被解開(kāi)。到某一時(shí)刻，當(dāng)繩結(jié)的摩擦力不足以對(duì)抗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖力時(shí)，結(jié)就會(huì)猛然崩開(kāi)。

總體來(lái)講，只要做運(yùn)動(dòng)，打的結(jié)就會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)變松；只要持續(xù)下去，鞋帶解開(kāi)是遲早的事。當(dāng)然，運(yùn)動(dòng)越劇烈，這個(gè)過(guò)程來(lái)得也就越快。理論上，最少只需要兩步，鞋帶就能自動(dòng)解開(kāi)。

結(jié)，得這么打

不過(guò)，科學(xué)家可不只是搞清楚鞋帶是怎么開(kāi)的，他們還研究了怎么系鞋帶更靠譜。不知你注意過(guò)沒(méi)有，雖然綁的鞋帶都是很像蝴蝶結(jié)的活扣，但不同的人，系法其實(shí)是不一樣的，至少有兩種系法。

一種是大家比較常用的、看起來(lái)相對(duì)美觀的系法，一般奶奶或者媽媽也都是這樣教的，姑且就叫作“奶奶結(jié)”吧。步驟是這樣的：

然而，研究顯示，“奶奶結(jié)”是比較容易出問(wèn)題的，它的線(xiàn)頭太容易脫出來(lái)了。如果換個(gè)系法，雖然略丑，但結(jié)實(shí)多了：

實(shí)際上，這兩種打結(jié)方式的第一步是一樣的，關(guān)鍵在第二步的搭線(xiàn)方式。最后，“奶奶結(jié)”的線(xiàn)頭都是朝下的，但是更牢固的結(jié)的線(xiàn)頭是一上一下的。

根據(jù)科學(xué)家的研究，第二種打結(jié)方式比“奶奶結(jié)”要牢固5倍！事實(shí)上，盡管沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)分析，很多人都已經(jīng)在實(shí)踐中注意到了這一點(diǎn)，如水手、醫(yī)生在打結(jié)的時(shí)候往往都會(huì)使用這種更加牢固的打結(jié)方法。

你瞧，就是打結(jié)這么一件小事，里面的學(xué)問(wèn)也不少呢！

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對(duì)：夏越endprint