出門前
明明認真繫好了鞋帶
可是沒走兩步鞋帶就自己鬆開了
是沒有掌握正確的繫鞋帶方法
還是鞋帶本身的問題
小夥伴們應該都有過這樣的經歷：繫好的鞋帶總是會自己鬆開，即使用兩倍的力氣再次綁緊，不久之後依然會散開，這到底是怎麼回事？
今天我們來研究一下：
繫鞋帶有哪些方式？
鞋帶為什麼會自己鬆開？
怎麼樣綁鞋帶才不容易鬆開？
鞋帶
由於繫鞋帶的方法不同，有些鞋帶的結的確更容易散開，生活中常見的繫鞋帶方式有兩種：平結和縱結。
平結（Square knot）圖片來源Figgen
縱結（Granny knot）來源Figgen
縱結也叫“祖母結”，與平結的打法基本類似，只是在纏繞的方向上有所不同，比起平結更加牢固。
當然還有一些其他的不常見的結，不過這些結都有一個共同點：都包含下圖這樣一個結構，有點類似於動滑輪。
左邊是鞋帶繩結的結構，它等價於右邊的動滑輪 圖源科學大院易逸度大王
在這種結構中，兩根繩子其實並沒有緊密地糾纏在一起，它們還是獨立的兩根，可以發生相對運動。所以這種結統稱為“活結”，優點是好解開。
只不過由於摩擦力的存在，二者之間要想發生相對運動並沒有那麼容易。也就是説我們常見的“活結”，其實都是靠摩力維繫的。
與“活結”相對的就是“死結”，對於單根繩子來説，最簡單的單結在拉緊後就形成了一個“死結”；對於兩根繩子，將多個單結不斷重複，最後將兩端拉緊，也可以形成死結。
各種形式的繩結，圖源數字北京科學中心
與依靠摩擦力維繫的活結不同，在受力分析上，“死結”兩側的繩子因打結可以看作兩根獨立的繩子，因此不會互相影響。相比起活結“動滑輪式”的結構，死結被視為不可隨繩子移動的節點，難以解開。
而活結的繩頭如果被拉動，且拉力大於最大靜摩擦力時，繩子就會發生滑動，鞋帶也就鬆開了。可是人在走路的時候，沒有人去拉繩頭，鞋帶怎麼會自動解開呢？
鞋帶自動鬆開的原因
即使不主動去拉繩頭，在人走路的過程中鞋帶也會受到慣性力的作用，逐漸使繩結脱離。
這是因為我們在行走過程中速度會經常變化，而繩頭傾向於保持原有的運動狀態，以繩頭為參照物，就好像無形中有一股反方向的“力”在拉動着它，這個就是我們常説的慣性力，其實是相對加速度造成的。
關於這個問題，加州伯克利的一位教授還專門做了研究，他用高速攝影機拍攝實驗對象跑步時鞋帶散開的過程，測量出跑步過程中鞋帶末端的加速度可以達到7倍的重力加速度 。
圖源數字北京科學中心
這個加速度乘以繩子頭的質量，就等於繩子頭受到的慣性力1，與此同時，繩圈部分也感受到一個慣性力2，是和繩頭方向相反滑動的拉力。
當繩結處兩個慣性力的合力大於摩擦力時，鞋帶就會發生滑動。
如果繩頭方向的慣性力1更大的時候，鞋帶就滑向解開的方向；如果繩圈方向的慣性力2更大的時候，鞋帶就向相反的方向滑動，最後鞋帶退化成一個“死結”。
但而無論是哪個情況，最終都會表現為：鞋帶又開了~
研究人員還發現：人在行走時，對一根鞋帶的聯合衝擊和加速度總計高達7個G（重力加速度），差不多相當於阿波羅號宇宙飛船重返地球大氣層時承受的重力加速度。
更進一步的實驗表明，只是單純地上下跺腳，並不足以使鞋帶結頭鬆開，單一的來回擺動也不能，即便鞋帶的搖擺運動，也增加了額外的作用力。
只有兩股力量交錯作用，隨着力量方向的變化持續拉扯鞋帶，這種重複的衝擊最終導致鞋帶結頭鬆開。
研究人員表示，這項研究不僅限於繫鞋帶，還可以將原理應用於外科手術的縫合等領域。
此外，它或許能幫助製造更強壯的纖維，甚至解開深海光纜為什麼會變得糾結和斷裂的謎團。
如何讓鞋帶不鬆開
1、根據受力特點解決問題
根據滑輪組的受力特點，可以得出這樣一個結論：只要| L1- L2 |ρα
L1和L2分別是繩圈和繩頭部分的長度，ρ是鞋帶的密度，α是鞋帶甩動時產生的加速度。那麼，有了這個式子，解決方法自然也就出來了。
▲儘可能地讓繩圈部分和繩頭部分長度相等，這相當於減小| L1- L2 |；
▲使用輕質鞋帶，這相當於減小鞋帶密度ρ；
▲走路穩當點兒，這相當於減小加速度α；
▲鞋帶繩頭不要用金屬的，這是為了減小繩頭的慣性力；
▲把鞋帶繫緊，這是在增大摩擦力f；
▲用軟的扁鞋帶，這樣能提供更大的摩擦力f。
2、特殊系法
在交叉鞋帶時可以多繞一圈增加摩擦力，再進行後續的打結工作。
雖然只是簡單地多繞一圈，看來毫不起眼，但是這一圈所多增加的摩擦力卻是非常明顯的，一旦拉緊鞋帶之後就幾乎不會再移動。
還可以嘗試一下伊安的鞋帶安全結，這個繫鞋帶方法非常適合在登山鞋和跑鞋上使用。
伊安的鞋帶安全結，圖源網絡
如果這些方法都不奏效，就只剩一個辦法了——穿不繫鞋帶的鞋。
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