物理學(xué)揭示跑步時鞋帶解開原因

跺腳和沖刺相結(jié)合可以解釋鞋帶為何會自動解開。

 

2015年，美國麻省理工學(xué)院研究人員提出了一個最簡單的結(jié)在運(yùn)動中受力的方程式：張力、摩擦和剛度以及它們?nèi)绾闻c構(gòu)成結(jié)拓?fù)鋵W(xué)的匝數(shù)相關(guān)。盡管有許多關(guān)于各種結(jié)配置的耐久性研究，但尚未有人關(guān)注過為什么一個結(jié)會自動解開的物理學(xué)原因。

 

加州大學(xué)伯克利分校的Oliver O’Reilly在看到小女兒的鞋帶永遠(yuǎn)也系不住之后，決定研究自發(fā)性的解結(jié)。他和兩名研究生在現(xiàn)實(shí)中做了實(shí)驗(yàn)。

 

“我們看上去有些瘋狂，因?yàn)楫?dāng)我們在伯克利的大廳中走路時也會盯著鞋帶自動解開。”該團(tuán)隊(duì)成員、酷愛跑步的Christine Gregg說。她在一臺跑步機(jī)上跑步，讓同事以慢動作錄制她的鞋子以捕捉鞋帶解開的細(xì)節(jié)。

 

他們發(fā)現(xiàn)罪魁禍?zhǔn)资桥懿綍r生成的慣力集合。一個結(jié)通常是通過中心的摩擦力在維系。這正是更結(jié)實(shí)的結(jié)匝數(shù)更多的原因，每個匝都會產(chǎn)生摩擦力。

 

但跑步時不斷向下踩腳則會在結(jié)的底部形成加速度，每跑一步鞋帶會前后甩動，像一只無形的手一樣在末端牽引。最終，當(dāng)加速度超過內(nèi)部摩擦力時這個結(jié)就會到達(dá)臨界點(diǎn)，然后立刻自動解開。

 

“一旦腳開始下滑，所有的力量就變得均衡，這樣下滑或越來越大。”Gregg說，最后只要再跑一兩步整個結(jié)就會解開。

 

該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，單是加度素或甩動并不能讓鞋帶解開。該團(tuán)隊(duì)坐在桌子上擺腿半小時卻沒有任何作用。他們隨后在地面上跺腳半小時，鞋帶也沒有解開。