相信大家都有這樣的經(jīng)歷:剛出門前系好的鞋帶沒走幾步就散了。你覺得自己綁的不夠緊，就用了兩倍的力氣重新綁了一遍。然而不久之后，你又差點(diǎn)被松掉的鞋帶絆倒。

鞋帶總是系得很松。是不是自己的“打開方式”錯(cuò)了？還是鞋帶本身的問題？

一個(gè)

活結(jié)和死結(jié)

一般來說，由于鞋帶的打結(jié)方式不同，有些鞋帶的結(jié)確實(shí)更容易解開。

大多數(shù)人用所謂的平結(jié)系鞋帶:

步驟大致是這樣的:

來源| |Figgen

或者一個(gè)縱向結(jié)(奶奶結(jié)):

來源| |Figgen

縱結(jié)也叫“祖母結(jié)”，基本上類似于平結(jié)，只是纏繞方向不同，比平結(jié)更結(jié)實(shí)。

我們生活中經(jīng)常用到的這些繩結(jié)都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們都含有以下結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)類似于動(dòng)滑輪:

鞋帶的結(jié)和動(dòng)滑輪的結(jié)有相似的結(jié)構(gòu)。

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你一定發(fā)現(xiàn)了，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，兩根繩子并沒有緊密的纏繞在一起，而是獨(dú)立的，可以相對(duì)移動(dòng)。但是由于摩擦力的存在，兩根繩子相對(duì)運(yùn)動(dòng)就不那么容易了。也就是說，我們常見的活結(jié)，其實(shí)是靠摩擦力維持的。

然而，當(dāng)結(jié)靜止時(shí)，靜摩擦力是有極限的。如果拉繩頭，拉力大于最大靜摩擦力，繩子就會(huì)滑動(dòng)，繩頭變長(zhǎng)，繩圈收縮，最后繩結(jié)完全解開。

其實(shí)，即使不主動(dòng)拉繩頭，鞋帶在人行走過程中也會(huì)受到慣性力的影響，繩結(jié)會(huì)逐漸脫離。

這是因?yàn)槲覀冃凶叩乃俣冉?jīng)常變化，繩頭往往會(huì)保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)我們從繩頭的角度(以繩頭為參照物)看的時(shí)候，似乎有一種無(wú)形的“力”在往相反的方向拉，就像我們走路的時(shí)候衣服會(huì)擺動(dòng)一樣。這個(gè)慣性力，我們常說的慣性力，其實(shí)是相對(duì)加速度引起的。

前面介紹的活結(jié)的反面是活結(jié)。對(duì)于單繩來說，最簡(jiǎn)單的單結(jié)，拉緊后形成“死結(jié)”。

對(duì)于兩根繩子，我們可以重復(fù)多次單結(jié)，最后兩端拉緊，或者形成死結(jié)。

各種形式的結(jié)

來源|百度

與靠摩擦力維持的活結(jié)不同，在受力分析中，“活結(jié)”兩邊的繩子因?yàn)榇蚪Y(jié)可以看成是兩條獨(dú)立的繩子，所以不會(huì)互相影響。與活結(jié)的“動(dòng)滑輪”結(jié)構(gòu)相比，活結(jié)被視為一個(gè)不能隨繩子移動(dòng)、難以解開的節(jié)點(diǎn)。

2

鞋帶:生命中不可承受之重

加州大學(xué)伯克利分校的工程師奧利弗·奧萊利(Oliver O"Reilly)在教女兒系鞋帶時(shí)也發(fā)現(xiàn)了鞋帶總是松的問題，于是他和幾個(gè)同事用高速攝像機(jī)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，研究生、該研究的合著者克里斯汀·格雷格(Christine Gregg)穿上一雙跑鞋，系上鞋帶，然后在跑步機(jī)上慢跑。一個(gè)同事負(fù)責(zé)拍攝過程。

這樣一來，慢跑時(shí)腳著地時(shí)產(chǎn)生的力可以達(dá)到人體重力的7倍。此時(shí)此刻，鞋帶末端受到的沖擊所產(chǎn)生的加速度高達(dá)重力加速度的7倍！

理論上加速度越大，鞋帶本身末端受到的慣性力越大(以鞋帶末端為參考)。當(dāng)這個(gè)力大于鞋帶之間的最大靜摩擦力時(shí)，就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，使你原本系好的鞋帶慢慢松開。

格雷格說:“我只需要打開鞋帶的兩頭就可以解開了。結(jié)松的過程其實(shí)也是一樣的。但松開鞋帶的力不是拉力，而是腳落地時(shí)產(chǎn)生的力，以及來回?cái)[動(dòng)腿產(chǎn)生的慣性?！?/p>

跑步時(shí)鞋帶末端受力。

來源|百度

三

鞋帶不同也會(huì)有影響？

有時(shí)候我們會(huì)覺得有些鞋帶特別容易松，因?yàn)樾瑤У牟馁|(zhì)和形狀確實(shí)對(duì)繩結(jié)的牢固程度有一定的影響。

市面上的鞋帶主要有尼龍、滌綸、棉麻等材質(zhì)。相對(duì)而言，表面粗糙的鞋帶在打結(jié)后受到的摩擦力更大，更難散開。

與材質(zhì)相比，鞋帶的形狀對(duì)打結(jié)的影響更大。扁形鞋帶打結(jié)后摩擦面積更大，比圓柱形鞋帶更難松開。

因此，在選擇鞋帶時(shí)可以考慮表面粗糙和形狀扁平，這兩種情況都有利于增加兩根鞋帶之間的最大靜摩擦力，使其更加牢固。

除了關(guān)注摩擦力，慣性力也是我們要考慮的一個(gè)因素。

你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有些登山鞋為了美觀，會(huì)在鞋帶兩端裝上金屬裝飾件，但這種設(shè)計(jì)其實(shí)傾向于讓鞋帶更容易松開，不太實(shí)用。

這是因?yàn)閼T性力的大小不僅與加速度有關(guān)，還與物體本身的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量越大，受到的慣性力越大。因此，與重金屬鞋頭相比，塑料鞋頭的鞋帶更不容易松脫。

鞋帶:有人拉我！

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四

另一個(gè)系統(tǒng)？

除了換鞋帶，還有其他方法可以改善鞋帶嗎？在這里，邊肖教你幾種把鞋帶系得更緊的方法。

第一種是用左右兩股鞋帶系住蝴蝶結(jié)，蝴蝶結(jié)系好后做半圈。這個(gè)結(jié)叫做伊恩的鞋帶安全結(jié)。這種方法被很多山地鐵人和三鐵運(yùn)動(dòng)員廣泛喜愛，非常適合做登山鞋和跑鞋。

看這兩個(gè)鐵環(huán)！

來源| 360個(gè)人圖書館

第二種方法是多交叉一次鞋帶增加摩擦力，然后做后續(xù)的打結(jié)工作。雖然簡(jiǎn)單的多做一圈看似不起眼，但是這一圈增加的摩擦力是非常明顯的，鞋帶一旦系緊就幾乎不會(huì)再動(dòng)了。

左邊的鞋帶又扭了一下。

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如果作為“手殘黨”學(xué)不到特殊的系法，不妨換成較輕的鞋帶，把硬的圓鞋帶換成軟的扁鞋帶，這樣繩圈和繩頭的長(zhǎng)度接近，平時(shí)走路更穩(wěn)。當(dāng)然，如果這些方法都不管用，你還可以采取終極措施——穿不需要系帶的鞋子。

審計(jì)專家:羅

中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員