作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2017/4/13 8:40:44
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科学家摸清鞋带为何会松
该研究有望改善外科结和纤维

 

研究人员对不同类型的绳结进行了分析。图片来源:Christopher Daily-Diamond

本报讯 Oliver O’Reilly在教女儿系鞋带时突然意识到了什么:他不知道鞋带为什么会突然松开。而当他去寻找这个问题的答案时,很明显,谁也不知道其中的奥秘。

因此作为美国加利福尼亚大学伯克利分校的一名机械工程师,O’Reilly说服了自己的两名同事帮助他来寻找问题的答案。最后他们发现,正是作用在鞋带结头上的力的结合造成了一次突然发生的失控的溃败。

科学家在4月11日出版的英国《皇家学会学报A卷》上报告了这一研究成果。

科学家之前预测,鞋带结头通常会慢慢松开。但他们的慢动作镜头——聚焦在跑步机上奔跑的一名跑步者的鞋带——显示,在一两步之内,鞋带结头很快就松开了。

为了搞清其中的原因,O’Reilly和他的同事利用安置在鞋舌头上的一台加速计测量了作用在一个鞋带结头上的力的情况。

研究人员发现,当行走时,对一根鞋带的联合冲击和加速度总计高达7个重力加速度,这大约相当于阿波罗号宇宙飞船重返地球大气层时承受的重力加速度。

更进一步的实验表明,只是单纯的上下跺脚还不足以使鞋带结头松开;抑或只是来回摆动也是如此。而只有两股力量交错作用才能够使鞋带结头松开——随着力量方向的变化持续拉扯着鞋带,这种重复的冲击最终导致鞋带结头松开。

宾夕法尼亚州匹茨堡市卡内基·梅隆大学机械工程师Khalid Jawed表示,对于鞋带结头为什么会松开的兴趣并不仅仅是单纯的学术问题。

Jawed说,鞋带结头是最简单类型的绳结,被称为三叶形纽结。而最常用的绳结通常也都是三叶形纽结的结合。他说:“如果我们搞清了简单的绳结如何工作以及松开,那么我们便能够理解更复杂的绳结。”

科学家指出,这项研究成果可能有助于创造更好的外科医生绳结和更强壮的纤维,甚至解开深海光缆为什么会变得纠结和断裂的谜团。它还可以帮助电脑动画师改善对头发运动的模仿,因为头发的运动和扭曲类似于鞋带和绳结的运动。

O’Reilly鼓励人们在下一次走路或跑步时观察自己的鞋带。他们可以把一只鞋系成祖母结,而另一只鞋则系上方形结,然后看看他们的鞋带会如何表现。但人们在走路时一定要小心:谁也不想摔跟头不是?(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-04-13 第2版 国际)
 
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