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物理学的无形之手不断解开你的鞋带

2020-01-13 09:29:02 来源:工人日报

  

科学家们发现了一只“看不见的手”,它不断地对着鞋带上的结。

加州大学伯克利分校的机械工程师进行了一系列实验来分析步行对绑鞋带的影响。 他们的研究结果发表在皇家学会A:数学和物理科学杂志上 ,揭示了一系列导致结解开的事件。

该团队研究了两种类型的鞋带结 - 一种是弱的,另一种是强的。 弱版通常被称为奶奶或假结。 强大的版本基于平方结。

weak and strong shoelace knots 图表显示弱鞋带和强力鞋带结之间的差异。 加州大学伯克利分校

科学家们在跑步机上使用跑步者的慢动作视频观察,观察在鞋带解开之前展开的事件。

他们的发现揭示了“结中心的冲击引起的变形,行走运动的动态摆动,以及结的鞋带和自由端的惯性力”之间的复杂相互作用。

基本上,研究人员已经证明,有三个阶段导致鞋带解开。 “首先,在行走过程中鞋子对地板的反复冲击可以松开结。 然后,由腿部摆动引起的鞋带自由端的搅打运动产生鞋带的滑动。 研究人员写道,这导致最终失控的结。

正如预期的那样,弱鞋带的解开速度远远超过强壮的鞋带。 但两者背后的机制相似。

Shoelace becoming untied 鞋带如何解开的过程。 加州大学伯克利分校

“正如使用慢动作视频片段和一系列实验所证明的那样,结的失败发生在几秒钟内,通常没有警告,并且是灾难性的。”

科学家补充说,他们的工作“远非详尽无遗”。 例如,他们没有研究鞋带材料或人走路的表面的差异。 他们说,需要进一步的工作来了解行走,结节强度和鞋带意外解开之间的复杂关系。

但该研究也对其他科学领域产生影响。 研究报告的共同作者Christopher Daily-Diamond在一份声明中解释说:“当你谈到打结的结构时,如果你能开始理解鞋带,那么你就可以把它应用到其他东西上,比如DNA或微结构,在动态力作用下失效。 这是了解为什么某些结比其他结更好的第一步,这是没有人真正做过的。

(责任编辑:滕垃盗)
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