（致谢：leolintang/Shutterstock） 嘿，你的鞋子散开了，现在科学家们知道原因了：脚步的跺地和腿部的摆动相结合，导致鞋带松开。是的，一个小孩子都能告诉你这一点，但科学家们对此结进行了更深入的研究是有原因的。绳结无处不在，从外科手术中的缝合线到建筑中的钢缆。水手们熟悉丁香结、布林结和克林奇结。甚至 DNA 本身也是一个缠绕的绳结。由于绳结如此重要，科学家们认为清楚地解释它们为何会散开是很有益的。加州大学伯克利分校的机械工程师们，在偶然看到一个 TED 演讲 解释了常见的鞋带蝴蝶结系法有两种不同的方式，其中一种比另一种更牢固之后，对绳结的强度产生了兴趣。较弱的一种是“奶奶结”：拿一根绳子，将两端左压右交叉，将左端从下方绕出，然后重复。更牢固的一种是方结：而不是重复第一步，而是将右端压过左端来完成绳结。“我穿正装鞋，我的鞋带似乎总是散开，”研究的首席作者 Christopher Daily-Diamond 说。“但当我们深入研究时，虽然人们知道其中一种绳结比另一种更牢固，但其背后的力学原理仍然是个谜。” 为了帮助解开这个谜团，研究人员在鞋带结上安装了传感器，让研究合著者 Christine Gregg，一位跑步者，进行行走和跑步。他们还反复摆动一个带有鞋带结的钟摆臂，以更好地分析绳结所承受的力。散开 Gregg 在跑步机上跑步的慢动作视频显示，奶奶结可以持续许多步，但一旦它稍微松开，绳结通常会在短短两步内灾难性地失效。有趣的是，当 Gregg 的腿只是前后摆动，或者仅仅是反复跺地时，这个松散的绳结并没有自己散开。这表明绳结的失效是摆动和跺地之间某种相互作用的结果。
绳结的散开过程。（致谢：Christopher A. Daily-Diamond, Christine E. Gregg and Oliver M. O’Reilly）研究团队发现，跑步时鞋子反复撞击地面会使绳结松动。传感器显示，在跑步时，脚部撞击地面的力是重力的七倍，导致绳结变形。研究人员说，摆动的腿部导致鞋带自由末端产生的鞭打运动，然后导致鞋带滑脱，最终导致绳结的失控散开。与这一理论一致的是，在鞋带自由末端增加重量，增加了它们摆动时受到的拉力，导致绳结更容易失效。Daily-Diamond、Gregg 和资深作者 Oliver O'Reilly 于 4 月 12 日在《英国皇家学会会报 A》杂志上 详细阐述了他们的发现。为什么研究绳结？ Daily-Diamond 指出，如今研究人员正在构建由 DNA 和其他分子组成的微观结构。“DNA 折纸”例如，可以产生从 先进的微芯片 到 智能药物 的各种东西。“这些可能是极其复杂的绳结结构，它们受到各种力的作用，所以如果你想开始构建这些结构，你需要了解它们是如何散开的，”Daily-Diamond 说。Daily-Diamond 表示，未来的研究或许可以追踪行走和跑步过程中鞋带的运动，以彻底解开方结为何比奶奶结更牢固的谜团。他还补充说，对这些绳结工作原理进行计算机模拟，也可能有助于阐明摩擦力可能扮演的复杂角色。在那之前，请务必坚持使用方结。
