出门前

明明认真系好了鞋带

可是没走两步鞋带就自己松开了

是没有掌握正确的系鞋带方法

还是鞋带本身的问题

小伙伴们应该都有过这样的经历：系好的鞋带总是会自己松开，即使用两倍的力气再次绑紧，不久之后依然会散开，这到底是怎么回事？

今天我们来研究一下：

系鞋带有哪些方式？

鞋带为什么会自己松开？

怎么样绑鞋带才不容易松开？

鞋带

由于系鞋带的方法不同，有些鞋带的结的确更容易散开，生活中常见的系鞋带方式有两种：平结和纵结。

平结（Square knot）图片来源Figgen

纵结（Granny knot）来源Figgen

纵结也叫“祖母结”，与平结的打法基本类似，只是在缠绕的方向上有所不同，比起平结更加牢固。

当然还有一些其他的不常见的结，不过这些结都有一个共同点：都包含下图这样一个结构，有点类似于动滑轮。

左边是鞋带绳结的结构，它等价于右边的动滑轮

图源科学大院易逸度大王

在这种结构中，两根绳子其实并没有紧密地纠缠在一起，它们还是独立的两根，可以发生相对运动。所以这种结统称为“活结”，优点是好解开。

只不过由于摩擦力的存在，二者之间要想发生相对运动并没有那么容易。也就是说我们常见的“活结”，其实都是靠摩力维系的。

与“活结”相对的就是“死结”，对于单根绳子来说，最简单的单结在拉紧后就形成了一个“死结”；对于两根绳子，将多个单结不断重复，最后将两端拉紧，也可以形成死结。

各种形式的绳结，图源数字北京科学中心

与依靠摩擦力维系的活结不同，在受力分析上，“死结”两侧的绳子因打结可以看作两根独立的绳子，因此不会互相影响。相比起活结“动滑轮式”的结构，死结被视为不可随绳子移动的节点，难以解开。

而活结的绳头如果被拉动，且拉力大于最大静摩擦力时，绳子就会发生滑动，鞋带也就松开了。可是人在走路的时候，没有人去拉绳头，鞋带怎么会自动解开呢？

鞋带自动松开的原因

即使不主动去拉绳头，在人走路的过程中鞋带也会受到惯性力的作用，逐渐使绳结脱离。

这是因为我们在行走过程中速度会经常变化，而绳头倾向于保持原有的运动状态，以绳头为参照物，就好像无形中有一股反方向的“力”在拉动着它，这个就是我们常说的惯性力，其实是相对加速度造成的。

关于这个问题，加州伯克利的一位教授还专门做了研究，他用高速摄影机拍摄实验对象跑步时鞋带散开的过程，测量出跑步过程中鞋带末端的加速度可以达到7倍的重力加速度 。

图源数字北京科学中心

这个加速度乘以绳子头的质量，就等于绳子头受到的惯性力1，与此同时，绳圈部分也感受到一个惯性力2，是和绳头方向相反滑动的拉力。

当绳结处两个惯性力的合力大于摩擦力时，鞋带就会发生滑动。

如果绳头方向的惯性力1更大的时候，鞋带就滑向解开的方向；如果绳圈方向的惯性力2更大的时候，鞋带就向相反的方向滑动，最后鞋带退化成一个“死结”。

但而无论是哪个情况，最终都会表现为：鞋带又开了~

研究人员还发现：人在行走时，对一根鞋带的联合冲击和加速度总计高达7个G（重力加速度），差不多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，并不足以使鞋带结头松开，单一的来回摆动也不能，即便鞋带的摇摆运动，也增加了额外的作用力。

只有两股力量交错作用，随着力量方向的变化持续拉扯鞋带，这种重复的冲击最终导致鞋带结头松开。

研究人员表示，这项研究不仅限于系鞋带，还可以将原理应用于外科手术的缝合等领域。

此外，它或许能帮助制造更强壮的纤维，甚至解开深海光缆为什么会变得纠结和断裂的谜团。

如何让鞋带不松开

1、根据受力特点解决问题

根据滑轮组的受力特点，可以得出这样一个结论：只要| L1- L2 |ρα

L1和L2分别是绳圈和绳头部分的长度，ρ是鞋带的密度，α是鞋带甩动时产生的加速度。那么，有了这个式子，解决方法自然也就出来了。

▲尽可能地让绳圈部分和绳头部分长度相等，这相当于减小| L1- L2 |；

▲使用轻质鞋带，这相当于减小鞋带密度ρ；

▲走路稳当点儿，这相当于减小加速度α；

▲鞋带绳头不要用金属的，这是为了减小绳头的惯性力；

▲把鞋带系紧，这是在增大摩擦力f；

▲用软的扁鞋带，这样能提供更大的摩擦力f。

2、特殊系法

在交叉鞋带时可以多绕一圈增加摩擦力，再进行后续的打结工作。

虽然只是简单地多绕一圈，看来毫不起眼，但是这一圈所多增加的摩擦力却是非常明显的，一旦拉紧鞋带之后就几乎不会再移动。

还可以尝试一下伊安的鞋带安全结，这个系鞋带方法非常适合在登山鞋和跑鞋上使用。

伊安的鞋带安全结，图源网络

如果这些方法都不奏效，就只剩一个办法了——穿不系鞋带的鞋。

来源：科普中国

原标题：《生活科普 | 绑不住、能自己松开、还能下绊子...这可怎么办？》