鞋帶啊，你為什么突然開了？

冉浩

同學(xué)們有沒有過這樣的經(jīng)歷？走著走著，腳上的鞋帶突然就開了。可是，它才剛剛綁好不久啊？為什么一言不合它就這么開了？科學(xué)家知道怎么回事嗎？你還別說，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！我們一起來看看吧！

鞋帶為什么系得住

我們都知道，打個結(jié)，東西就算是綁住了。可是，為什么會綁住呢？它為什么沒有很輕易地滑開呢？

這里面有一個非常重要的物理因素——摩擦力。從某種意義上來講，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。當兩個物體放在一起的時候，它們的表面相互接觸，就像齒輪相互咬合一樣，一個表面凹進去的地方就可能和另一個表面凸出來的地方扣在一起。這樣，兩個物體接觸的表面積越大，這種“咬合”的地方也就越多。你在拖動它的時候，遇到的阻礙也越大。比如，你換床單的時候，你會發(fā)現(xiàn)很難將床單從床上拽下來，這就是摩擦力的作用。而掀起床單卻會很容易，因為你通過使兩個面分離而解除了這種“咬合”狀態(tài)。

增大摩擦力的另一個因素，就是壓力。較大的壓力能夠使物體的接觸面發(fā)生細微的變形，從而使一些原本沒有“咬合”的凹凸處彼此交錯到一起，從而增大了摩擦力。也正因為如此，一個較重的物體才會更難拖動。

系鞋帶也是利用了摩擦力的原理。通過捆綁，使鞋帶的各個面之間相互接觸，而綁緊的鞋帶又帶來了足夠的壓力。可以說，如果沒有摩擦力，鞋帶是系不住的，結(jié)會輕易解開。當然，可能你也不會有鞋帶——布料之所以能夠存在，是因為組成布料的線或纖維之間存在摩擦力。

鞋帶是怎么自動開的

雖然系得很緊，但鞋帶終究還是開了。為什么呢？為此，科學(xué)家專門通過跑步機上的視頻，研究了鞋帶解開的過程。

你瞧，鞋帶就是從這樣的完美狀態(tài)，一點點解開的：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當人在做比較劇烈的運動時，鞋帶是比較容易開的，比如奔跑。但如果只是踏步的話，鞋帶就不太容易開了。

研究結(jié)果顯示，在做劇烈運動的時候，鞋帶打結(jié)的地方會受到大的沖力，甚至可以高達7個重力加速度，這相當于阿波羅號宇宙飛船重返地球大氣層時承受的重力加速度。

他們甚至使用機械來模擬人的運動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當踏地和擺動這兩個動作單獨出現(xiàn)時，對鞋帶的影響并不大，但這兩個動作組合起來就不一樣了。踏地會使結(jié)的兩頭向上揚起，然后再落下，這個過程會使結(jié)變得比原來稍微松一丁點；然后，抬腿擺動的時候又會使鞋帶的繩子左右擺動，會使鞋帶從結(jié)那里稍微退出一丁點——整套運動會來回拉扯鞋帶，一點點把結(jié)變松。這樣，鞋帶之間的摩擦力就會減小。而退出的鞋帶越長，這種拉扯作用也就越強，結(jié)就會越來越快地被解開。到某一時刻，當繩結(jié)的摩擦力不足以對抗運動產(chǎn)生的沖力時，結(jié)就會猛然崩開。

總體來講，只要做運動，打的結(jié)就會一點點變松；只要持續(xù)下去，鞋帶解開是遲早的事。當然，運動越劇烈，這個過程來得也就越快。理論上，最少只需要兩步，鞋帶就能自動解開。

結(jié)，得這么打

不過，科學(xué)家可不只是搞清楚鞋帶是怎么開的，他們還研究了怎么系鞋帶更靠譜。不知你注意過沒有，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、看起來相對美觀的系法，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)”是比較容易出問題的，它的線頭太容易脫出來了。如果換個系法，雖然略丑，但結(jié)實多了：

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

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！事實上，盡管沒有進行嚴格的實驗分析，很多人都已經(jīng)在實踐中注意到了這一點，如水手、醫(yī)生在打結(jié)的時候往往都會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)問也不少呢！

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對：夏越endprint