為什麼鞋帶跑著跑著就開了？可能是你不會系

幾乎人人都有這樣的經歷，跑著跑著鞋帶兒開了。明明穿鞋的時候系好了呀！而且越是在緊急時刻，鞋帶兒就越愛開……比如急著追公交，體育課測長跑……

來自美國加州伯克利分校的機械工程學家Oliver O"Reilly，在為寶貝女兒系了無數次鞋帶之後也不禁思考起來：為什麼系的好好的鞋帶，忽然間就開了呢？

於是，O"Reilly拉來兩位同事，通過實驗一起解開了其中的奧秘。研究結果已於4月11日發表在英國皇家學會學報，詳細闡述了鞋帶在運動中的受力情況，並分析了各種可能導致鞋帶散開的情景。

實驗中，研究人員對在跑步機上不停跑動的運動員進行攝像。起初，研究人員猜測，鞋帶系成的結，應該是在運動過程中一點一點鬆散開的。但通過慢鏡頭回看，O"Reilly驚奇地發現鞋帶幾乎是在一兩步間就突然散開了！

鞋帶散開慢動作欣賞

這和我們平常的判斷不太一樣。為了搞清楚原因，O"Reilly在運動員穿的鞋舌上放置了一個加速計，用於測量鞋帶在運動過程中的受力情況。結果發現，在我們正常運動時，鞋帶受到的聯合衝擊加速度達到了7個g！

7個g什麼概念？航天員楊利偉乘返回艙進入地球大氣層的時候也就這個加速度了……

過程大概就是這個樣子：

1.跑步時，腳步著地時產生7個g的加速度，使得鞋帶末端（free end）抻拉，繩結變松；

2.此時，擺動的腿部又給了鞋帶末端慣性力，就好像用雙手解開繩結一般；

3.幾乎是在慣性力作用的瞬間，繩結散開。

此外，研究人員還通過實驗證實了，僅僅通過跺腳（上下移動），或者擺動腿部（前後移動），是不足以使鞋帶散開的。必須要綜合這兩種作用力，使鞋帶末端的方向發生改變，才能瞬間解開繩結。當然了，為什麼跑了好長時間都好好的，突然就散開了，研究人員也還沒有弄清楚……

你可能並不會系鞋帶

是不是覺得這個研究很無聊啊……從研究的結果來看，我們好像也沒什麼辦法嘛。即便跑前將鞋帶系牢，也難以抵抗7個g的加速度和跑動中根本無法預測的微小方向變化呀……

除非？……我們換一種系鞋帶的方法！

實際上，系鞋帶（或者打繩結）的方法有很多，這個實驗也驗證了很多打結專家，比如水手和外科醫生的建議：平結（square knot）比祖母結（granny knot）要更結實一些。仔細觀察下面兩組圖，兩者的區別就在於鞋帶第二次交匯時誰在前誰在後。

顯然，平結更加對稱美觀，同時由於打結過程中兩次交匯的方向是相反的，在運動中繩結受到的力能被部分抵消，鬆散的可能性被大大降低。

對稱的平結（上）

不對稱的祖母結（下）

女生小時候都玩過的編手鏈，利用的就是平結的系法

當然，該研究的目的絕不僅僅是為了減少我們系鞋帶的次數，搞清鞋帶為什麼會開，什麼情況下更容易開，我們就有可能發明出更牢固的打結方式，用於戶外作業等更危險的環境。

下次，在安全的前提下，不妨一隻腳打平結，一隻腳打祖母結，看看哪只腳的鞋帶先開！

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