2020-04-14 19:00

系紧的鞋带为什么会开?

#科普

每次出门前,你都会系好鞋带,可是走一段时间,鞋带就会莫名的自己松开。系紧的鞋带为什么会松开?这是困扰大家的千古之谜。


要了解鞋带为什么会松开,首先我们需要知道常用结的类型。这是一种三叶结,得名于植物三叶草。外观上类似五环,但它和五环的区别不仅仅是少两环。一个圆就是一个平凡的纽结,三叶结是一种最简单的非平凡结,也是唯一 一种有3个交叉的扭结。结构十分简单,所以它是研究纽结理论很重要的基本案例,在拓扑学、几何学、物理学、化学等领域,都有广泛的用途。


大部分的常用结都是三叶结的组合,例如我们常系的结,平结和纵结,还有一些其他的纽结。一只有12个鞋眼的鞋子,最多能有2万亿种鞋带的穿法,他们都有一个共同点,就是类似动滑轮的结构。


拉动绳头的部分,绳圈会缩小,最后绳结解开,这种结统称为“活结”。当你走动的时候,会有一种力在拉扯绳圈和绳头的部分,这不是灵异现象。这种力就是惯性力,当系统存在加速度a时,惯性力的大小遵从公式为F=ma,m为物体的质量。举个例子,当公交车刹车时,车上的人会因为惯性而向前倾,在车上的人看来,仿佛有一股力量将他们向前推,即为惯性力。然而只有公交车的刹车和轮胎上的摩擦力在使车减速,实际上并没有将乘客往前推的力,这只是惯性在不同参照系下的表现。


所以问题的核心是:绳圈和绳头与摩擦力比大小的问题。防止鞋带散开的办法有3个方面,减少摩擦力;减少加速度;减少惯性力。


把硬的圆鞋带换成软的扁鞋带,因为前者在结的位置接触面积小于后者,所以能提供的摩擦力也小于后者。走路姿势稳一点,减少加速度。尽可能保持绳圈和绳头部分的长度相等,减少两者的惯性力。或者是换一种系鞋带的方式,比如运动员系法和伊恩安全系法,两者的系法很有效减少了摩擦力和惯性力。


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