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终于有人研究出什么结让鞋带不容易散了

2017-04-25 七君 把科学带回家

本文由公众号 “把科学带回家” 提供
给孩子最好的科学教育

 


大家都遇到过鞋带走一会儿就散开来、重新系好了又散开来的情况。这是怎么回事呢?有一些好奇的物理学家进行了研究,还得出了答案。


别小看鞋带,这里面可有大学问。鞋带打的结是一种绳结,从古代开始就有许多人研究绳结的打法和用途。古代中国人在10万年前就开始使用骨针缝东西。在数学里还有纽结理论这个分支,专门研究绳结。


▲ 中国传统四瓣结


▲ 中国传统藻井结


许多物理学家、生物学家、化学家也在研究绳结,因为生命密码DNA,还有许多分子都打着结。研究绳结就可以帮助我们了解这些分子散开的过程,未来我们就可能造出更厉害的药物啦。


▲ 扭成了结的DNA电镜图 

图片来源:Sumners, D. 1995. Lifting the curtain: Using topology to probe the hidden action of enzymes. Notices of the AMS 42:528-537.

 

话说回来,为什么鞋带走着走着就会散开呢?


物理学家们发现,当你走路或者跑步的时候,鞋带散开主要是因为这两个原因:


  • 鞋带末端甩来甩去的时候,其实是在拽结上的圈圈;

  • 鞋子撞击地面的时候,整个结受到了很大振动变松。


这2个动作多做几次鞋带就会松开(实验中,如果鞋带已经有点松了,差不多走3步就会完全散开)



那么有没有一种结更不容易散开呢?还真有。


▲ 妈妈再也不用担心我鞋带散了


这里要区分2种蝴蝶结:




顺结(或叫假结、十字结):蝴蝶结的2个环是水平的,左右各一个;


平结(或叫方结):2个环一个往上,一个往下,而且鞋带在结上还会扭一下。平结是一种古老的绳结,常被渔夫用来收扎船帆,所以也被叫做收帆结。这是童子军必备的技能哦!


▲ (左)顺结的打法;(右)平结的打法



这两种结哪一种更容易散开呢?答案是顺结,端端正正的顺结更容易散开。这主要是因为顺结鞋带末端甩动的幅度更大,而且结上的鞋带没有扭一下,所以摩擦力更小、更容易被拉开。


▲ 平结上扭一下的地方,可以增加摩擦力,让鞋带不容易松开

 

其实外科医生早就知道顺结容易散的道理,所以在为病人手术缝线的时候,一般不用顺结。


▲ 外科医生常常遇到的结,假结(顺结)忌用

 

所以想要鞋带不那么容易松开的话,要打一个平结,而且结中间的鞋带最好要扭一下哦!


▲ 这样打就变成顺结了


▲ 这样打才是平结




  

除了鞋带的平结打法以外,多学几种结在生活中也很有用哦。下面介绍几种人们在劳动的时候发明的有用打结方法,在家也试一试吧:

  

▲ 称人结:绑在人腰上,可用来称人和重物,称完重物后依然容易解开,所以被称为“万结之王”。


▲ 双套结(拴马结):绳子末端可以调整中间环的大小,适合绑圆柱状的东西。


▲ 营绳结:露营时固定打在营钉上的结。


▲ 系木结:绑在木头上、拖木头移动的结,可以增加和木头的摩擦力。


▲ 吊桶结:可以用来吊水桶。


▲ 渔人结:可以连接两条不太粗的绳索的结。强度高,可以用在于不同粗细的绳子上。


▲ 水结:攀岩时连接绳带两端的结。






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参考资料及图片来源:

rspa.royalsocietypublishing.org/content/473/2200/20160770

web3.fimmu.com/wkssx/other/jxnr/j223-1.htm

wikipedia.org(knot)


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