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为什么鞋带总散?科学家们启动严谨研究……

2017/04/13 来源:生物探索
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导读
我们常常在很关键的时刻面临“鞋带散了”这种囧事,譬如吃东西、追小偷、赶公交……为什么鞋带常常松开呢?科学家们进行了一系列严谨研究,看似无厘头,却找到了最佳的系鞋带方式,且有望对生命医学应用产生影响,包括手术、抗癌药物研发等等。


几乎所有人都经历过鞋带松散的情况,更尴尬的是它常常出现在很关键的时刻,比如吃东西、参加长跑比赛、追小偷、赶公交……无论鞋带系得多紧,它们总会逮住机会散开。

科学家们肯定也注意到了这一麻烦。于是,他们设计并操作了一系列严谨试验,试图解析“鞋带总开”的原因。这一研究看似无厘头,却很科学地验证了最佳的打结方式,并有望对生命医学产生影响,包括手术、抗癌药物研发等等。

科学家们选择了两种打结方式:平结(square knot)和错向平结(granny knot)。这两种方式类似,系完后都有两个“兔子耳朵”。相关研究成果发表于《Proceedings of the Royal Society》期刊。


研究团队检测平结、错向平结两种系鞋带方式,以评估哪一种方式更为牢靠。(图片来源:Daily-Diamond)

为什么鞋带总散?

为了弄清楚为什么鞋带易松,加州大学伯克利分校的机械工程师Oliver O’Reilly带领团队招募志愿者,让其穿着运动鞋在跑步机上运动。运动鞋事先打好较松的平结或者错向平结,以便研究人员更好地观看它散开的过程。同时,研究人员在其鞋子上安装了加速度感应器,用于监测每一步鞋带结经历的重力加速度(g-force)。

通过观看慢动作视频,研究人员发现鞋带松散的两个阶段:最初,每运动一步鞋带都会松散一些;最后,鞋带突然性的完全散开。让他们惊讶的是,加速感应器记录的数据显示,鞋带结在上下颠簸过程中产生的重力加速度,远超过山车产生的加速度。

而且,相比于步行15米,静静站立或者坐在椅子上摇晃双脚相同时间,鞋带并不会散开。所以,O ' reilly 总结道:“这意味着,走路和摆动是导致鞋带松散的关键因素。二者缺一不可。

鞋带松散的规律


随后,研究人员设计了一个实验用于测量鞋带松散所需的时间以及鞋带下滑的速度。他们设计一个机械摆臂拍打圆盘的装置:摆动幅度类似于腿部运动,拍打过程则负责模拟鞋子与地面的摩擦作用。摆臂上系有鞋带,且在兔耳朵结那端人为增加重量,以模拟跑步过程中鞋带承受的动能。研究团队采用这一严格控制的装置精准计算鞋带滑落的速度。

研究结果再一次证实了跑步机的研究结果:无论是平结还是错向平结,最初都是伴随着每一次运动,鞋带会以缓慢、逐步的速率松散,最终,一旦鞋带变得足够宽松,结就会以很快的速度散开。


平结更牢靠

这一研究还证明,相比于错向平结,平结更为牢靠。相同条件下,平结散开的概率只有错向平结散开概率的一半!但是他们还未弄清楚出现这种差异的原因。研究人员推测,这可能不同打结方式下鞋带之间的压力以及结的张力有关。

美国威廉姆斯学院的数学家Colin Adams对这一最新研究评议时表示:“鞋带松了这件小事随时都会发生。然而,却没有人原因花时间回答:为什么会发生?”

这一研究可能会对外科手术结、登山结等应用产生影响。同时,这种打结方式同样存在于微观世界,例如当DNA复制过程中也涉及“打结”、“解结”过程。科学家们已经尝试利用这些属性研发减缓肿瘤生长的药物。

参考资料:

Why do shoelaces untie themselves? This team may have the answer

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