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...

原文以Unravelling why shoelace knots fail

为标题

发布在2017年4月12日的《自然》新闻上

原文作者：Erin Ross

加深对这个问题的理解或许能让外科结扣和深海光缆变得更加结实。

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。

Oliver O’Reilly

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。

两种鞋带的结，上面为平结（又叫方结），下面是顺结

图片均来自Wikipedia, 作者CountingPine

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。ⓝ

Nature|doi:10.1038/nature.2017.21815

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