鞋带为何总会自己松开｜真问真答

分析系紧的鞋带如何会自己松开，当然就要分析它的受力情况。不难想到，人在走路或者跑步时，鞋带系结的部分除重力外，主要还交替受两种外力：结心两边的绳环和绳头，在空中被甩来甩去时脚施加的力（相当于绳受惯性力）；落地时，固定在鞋面上的结心本身受到地面的冲击。

为便于叙述，鞋结的各组成部分以图中这类常见情形为准

至于这些惯性力和冲击力具体怎样打开鞋结的问题，直到最近才有了较为细致的定量观察。加州大学伯克利分校的研究人员就此分别做了实验：

1. 两名博士生志愿者坐在桌子或椅子上，脚模拟走路的样态前后甩动而不落地，观察惯性力的单独作用；

   
   

2. 类似地，志愿者不摆腿，仅模拟走路时脚后跟落地的情形，观察冲击力的单独作用；

在前后两年的时间里做的这些测试总计 100 多个小时，结果发现在上述单独一种外力作用下，鞋带通常都可以保持几十分钟不松。也就是说，日常生活中我们没走一会儿就要重系一次鞋带的麻烦，惯性力和冲击力都有贡献。

接下来，研究者亲自上阵，在鞋结的中心下方固定一个无线加速度传感器，边走边实时测量脚在落地时这个位置受到的冲击。

图 a 为测量时的情景，实际的加速度如图分解为 α，β，γ 三个互相垂直的分量；图 b 为行走的实时测量值。

对不同种类的鞋做类似测量后发现，地面的冲击作用不容小觑，可以使结心在落地的瞬间产生 6 至 8 个重力加速度，相当于把它重重地摔在地上。

这样的定量结果，辅以高速摄影来分解脚的运动，就可以比较完整地描述鞋带自己松开的全过程：

每次脚后跟落地，都对鞋带的结心产生强烈冲击，使其变形；抬脚迈步的过程中绳环和绳头的惯性力以 2 至 3 倍的重力加速度进一步拉伸结心——两个结果叠加起来，系鞋带时的两个单结便逐渐分离，不再束紧，进而导致鞋带之间摩擦力减小，越松越快。

实际上，分解跑步动作的影像资料显示，从结心处的鞋带出现滑动迹象开始到鞋结基本松开，只需两到三步的时间。

值得注意的是，由于绳头只有一端束紧，一般来说甩动的幅度大于绳环，相应的加速度也更大，导致鞋带自动松开时，几乎全部是从绳头一端抽出绳环，而不是反过来。这也和多数人解鞋带的做法一致。

绳头抽出。绿色箭头代表腿向前摆动时，绳头端的惯性作用；紫色代表绳环端。

另外，常见的鞋带结实际上有两种：一种是方结（或平结），由交叉方向相反的上下两个单结组成，是外科手术学和裁缝手艺中被普遍认为可靠的打结手法；一种是顺结（或假结），由交叉方向相同的两个单结组成，乍看起来非常像方结，实际上远不如后者系得牢。实验研究也证实了这一点。形成差别的具体原因目前还不清楚。

图 a 为顺结基本结构；图 b 为方结基本结构

在鞋样相近的人当中，如果你重新系鞋带的频率格外高，那么有可能就是因为你习惯系顺结。如果你从外观和操作顺序上难以分辨自己系的是什么结，点击“阅读原文”可以看到一个非常简单的经验鉴别方法。

当然，长期习惯形成的肌肉记忆短时间内很难彻底纠正。伯克利的这项研究有三位作者，只有一位在研究过程中成功改变了自己的系鞋带方法，剩下两位据说现在还日复一日地打着顺结。

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