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    跑着跑着鞋带松了,美国学者发现事情没那末简单

    种别:社会新闻发布人:联迪发布时间:2017-04⑴4

    鞋带散了,这是平常生活中1件每一个人都会遭受的事。但美国加利福尼亚大学伯克利分校机械工程学教授Oliver M. O'Reilly发现了这件平常小事的奥秘。在教女儿系鞋带的进程中,O’Reilly突发奇想,决心研究这个看似无关痛痒的科学问题:为甚么鞋带会自发散开?是怎样散的?这是此前无人回答的问题。

    英国当地时间4月12日,在期刊《皇家学会学报A卷》上,他和自己的同事、学生发表了关于“鞋带散了”的科学论文。他们的结论是,鞋带结散开是1个急骤的进程,在跺脚和摆腿两种行动产生的力交织下,鞋带结会没法预感地突然全面散开。

    为了视察鞋带结是如何松开的,O’Reilly让实验者在跑步机上正常跑步,并拍下慢动作视频,以便放大全部进程。他们选择系上了人们最常常使用的奶奶结,这同时也是相对而言比较容易散开的打结方式。

    慢动作视频作为诚实的记录者,1目了然地揭露了鞋带结松开的全进程。全部进程有1个显著的分水岭。起初,实验者走了很多步,鞋带结只是有些微小的变化,研究者将这阶段称为“渐变松动期”。而1旦鞋带结开始松动,鞋带结就进入“急性溃败期”,以很快的速度完成散开的骤变。有多快呢?通常是在两、3步以内,每步的时间大约1秒。

    研究人员称鞋带结的散开“常常没有预兆,而且是灾害式的”。

    有趣的是,研究人员在实验者的鞋舌上安置了1台仪器,来丈量走路和跑步时鞋带结所承遭到的力。结果显示,跑步时,鞋带结上的协力要大于过山车时人所感遭到的力,相当于施加了7个重力加速度。甚么概念呢?这几近同等于1架阿波罗飞船重返地球大气层时所承受的重力加速度。

    而协力来自两股气力,1股是脚拍打地面时垂直方向的力,1股是腿摇摆时水平方向的力。研究人员指出,只有两股力“共谋”时,才能完成解开鞋带结的任务。

    那末,鞋带结散开究竟是1个甚么样的机制呢?这和鞋带自由真个受力情况有很大关系,鞋带自由端指的是鞋带尾部。跑步时会跺脚和摆腿,跺脚产生的重力加速度会使得鞋带自由端拉伸;摆腿时则受惯性影响,鞋带自由端一样遭到拉力。每跑1步,鞋带结会渐渐地、轻微地松开1些,这意味着打结处的磨擦力在递减。随着鞋带自由端越来越长,拐点来临,局面失控,鞋带结快速散开。

    “对鞋带结的这个机制来讲,比较故意思的是,你可让你的鞋带安好地保持很长1段时间,但1旦有1个动作让鞋带结开始变松,这会引发雪崩效应,导致鞋带结散掉。”论文的第2作者、加州伯克利分校研究生Christine Gregg说。

    研究人员还发现,比起人们系鞋带经常常使用的奶奶结,方形结会更不容易散开。这在常和结绳打交道的水手和外科医生圈里已经是公认的。

    值得1提的是,这不但是1个关于系鞋带的命题,它的价值半径远比这要远。如果科学家能进1步破解鞋带结之谜,能预测鞋带结散开的拐点在哪儿,那末,这不但可以利用于外科手术的缝合打结,在深海光缆、登山运动等方面也将发挥作用。你可能想不到的是,这或许对研发抗癌药物也有裨益。DNA在进行自我复制时会解旋、结合双链,而科学家们在探索,是否是可以借此放缓癌细胞的生长复制速度。