崖子
①平時在走路、跑步等運動時,鞋帶跟著腿腳不?;蝿?,時間一長就會漸漸松開?;蛟S你從未在意,這是一件司空見慣的小事,可是科學家卻不這么看。
科學家盯上了鞋帶打結
②鞋帶打結,只是生產(chǎn)生活中“結”的其中一種形式。除了系鞋帶之外,手術后在傷口上縫線要用結,建筑工地上使用的鋼纜也是結,電線里面數(shù)根銅線也以結的形式延伸,甚至我們的生命密碼——DNA本身就是一條纏繞的結……
③在大自然、人類社會里,結到處都有,它把兩種、三種,甚至多種東西纏繞在一起,并且緊緊連接起來。如果不解開它,就根本不了解它到底是怎么形成的。于是,最常見的鞋帶打結就成了科學家重點研究的對象。
④美國加州大學伯克利分校有一位機械工程師對打結十分好奇,并進行了深入的研究。他發(fā)現(xiàn)鞋帶打結基本上只有兩種方法,一種較結實,另一種較弱。較弱的打結法俗稱為“奶奶結”(又稱活結),一手執(zhí)一端,拿起鞋帶兩端,先把兩端交叉成十字,右端在上左端在下,再把右端沿左鞋帶繞一圈,并拉上來;然后雙手再各執(zhí)一端,成十字交叉,左端在上,右端在下;最后把左端往下折,拉住左端從交叉點到末端的中間,從右鞋帶下面掏出來,并系住。
⑤較結實的打結方法被稱為“平方結”(又稱死結),差別在于當鞋帶兩端第二次成十字交叉時,不再拉住左端從交叉點到末端的中間,而是拉住末端,從右鞋帶下面掏出來,并系緊。
⑥生活中,這兩種方法也很常見,但是它們所隱含的力學原理卻沒那么簡單。
撞擊力與拉扯力的相互作用
⑦研究人員好奇為什么鞋帶的活結很容易松開?要弄清楚這個問題,必須從解結的過程上入手。研究人員找到志愿者,將傳感器綁到他的鞋上,并附著在鞋帶結上。這樣,每當志愿者走路、跑步時,鞋帶結所承受的力就會被檢測出來并記錄下來。同時,研究人員還把同樣的結和傳感器綁在胳膊上,并使胳膊不停地擺動(相當于腿的擺動),從而分析結的受力情況。這些都用視頻記錄了下來。
⑧通過視頻的慢動作回放,研究人員發(fā)現(xiàn),跑步時平方結一般不會松開;“奶奶結”剛開始比較結實,但后來當它出現(xiàn)一點松動時,再跑不到兩步,就會徹底松開。而且,當志愿者的腿僅僅來回擺動時,“奶奶結”不會松開;當他的腳僅僅在地上不斷踩踏時,“奶奶結”也不會松開。
⑨研究人員推測,“奶奶結”之所以松開,肯定與擺動和踩踏之間的某些相互作用力有關。這個猜測很快得到了證實,傳感器顯示,跑步過程中腳踩踏地面時產(chǎn)生的撞擊力非常大,正是這種力量使結慢慢變形,乃至松開。
⑩腿來回擺動時,鞋帶打結后露出的兩端會隨之而不斷晃動,圍繞著結而相互抽打。這會產(chǎn)生一股力,拉扯鞋帶兩端,就相當于人們解鞋帶時的拉扯力。另一方面,腳不斷踩踏地面時,鞋帶結的兩端所受的撞擊力增加,于是當擺動帶來的拉扯力與撞擊力疊加,這股新的力就會對鞋帶產(chǎn)生更大的拉扯力。正是這股新的拉扯力,使鞋帶結慢慢滑動,逐漸松動,最終徹底松開。
(選自《大科技·百科新說》,有刪改)
【閱讀訓練】
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4.文章介紹了哪幾種鞋帶打結的方式?活結容易松開的原因是什么?