为什么鞋带总是会自己散开

奥赖利遇到了一个困扰我们大多数人的问题。“我的鞋带总是松脱，”他告诉PopSci。“我一直不明白为什么会发生这种事。”

加州大学伯克利分校机械工程系教授奥赖利以前对如何正确系鞋带不感兴趣，但现在不同了。他和他的同事克里斯托弗和克里斯汀也试图理解鞋带不断解开背后的机制。现在他们的研究成果已经发表在皇家学会的报告A中。

根据研究结果，当你的脚接触到地面时，一个坏的结需要承受很大的力，有时甚至是重力的7倍，从而将其打破。同时，鞋带随着你的步伐摆动，增加额外的力量。当这些力结合在一起时，鞋带很容易松开。

“我们从同事那里借了一面高速镜，”奥赖利说。“合著者克里斯汀穿着跑鞋在跑步机上跑步。慢速镜头记录了这一切，你可以清楚地看到鞋带松开的整个过程。”

这项研究还表明，高速摄像机在科学研究中变得越来越重要。奥赖利喜欢研究一些数学模型，然后从机理和物理系统两个方面进行分析。例如，欧拉是一个在镜子上旋转的圆盘玩具。当磁盘耗尽能量时，镜子开始振动，然后磁盘就会飞走。

奥赖利说:“你可以为它建立一个模型，但是如果你用一个高速摄像机或者一个有自己慢动作的手机来观察它，你实际上可以看到圆盘振动镜子时形成的波。

科学家对物理系统了解得越多，数学模型就越好，他们对新事物建模时就能得到越多。也许有一天，这个结只有在我们让它自己散开的时候才会散开。

研究人员还以不同的打结方式将鞋带系在摆锤上，以系统地测试哪些“结”更强，哪些“结”更弱。虽然有些“结”比其他的更强，但所有的“结”最终都被打破了。

奥赖利强调，这只是开始，而不是结束。为什么“结”总是松散的，是什么让一个结实的“结”不结实，仍然不清楚。此外，“结”的更广泛的物理和力学，以及当你对它施加不同的力时它会是什么样子，仍然是个谜。从表面上看，理解“结”似乎没什么大问题，毕竟，人们总是可以踩着踏板的。

但是“结”有更广泛的应用。“当你谈到“结”结构时，如果你能理解鞋带，那么你就能把它的原理应用到其他方面，比如DNA和其他微观结构，”克里斯蒂安说。“这是理解为什么有些“结”比其他“结”更强的第一步，但没有人真正理解它们。”

同样，“结”除了用于鞋带，还用于许多地方，有时会导致非常严重的后果。帆船帆，剧院椽子上挂着的灯:一个坏结就这样夺去了一个人的生命。

"知道力是如何作用在结上的对外科缝合很重要."奥雷利说。医生和研究人员多次测试缝线。他们打了一个结，然后把它展开，看看什么样的线和结能很好地结合在一起，并能持续很长时间。

“手术能够缝合并在体内形成一个持久的结，这真的很神奇，但很难知道为什么这个结会散开，以及它的内部强度和变形是如何进行的。”