探索科学真理，探索各种事物。感受科学魅力，开启智慧生活！一年365天，每天和你一起学习新知识。通常在走路、跑步等运动时，鞋带会随着腿脚不断晃动，时间长了会逐渐松开。也许你从来不在乎，这是一件很平常的小事，但科学家不这么认为。

科学家专注于系鞋带。

打结鞋带只是生产生活中“结”的形式之一。手术后伤口上的缝线除了系鞋带，还要打结。工地用的钢缆也是结，电线里的几根铜线也是结着延伸的。甚至我们的生命代码——DNA本身也是一个扭曲的结.

在自然界和人类社会中，绳结无处不在，它们将两个、三个甚至多个事物交织在一起，紧密地联系在一起。不解决，根本不会知道它是怎么产生的。因此，最常见的鞋带结成了科学家们重点研究的对象。

有一位加州大学伯克利分校的机械工程师，对打结非常好奇，并进行了深入的研究。他发现，鞋带的系法基本上只有两种，一种比较强，一种比较弱。较弱的打结方式俗称“老奶奶结”(又称活结)。一手握住一端，拿起鞋带两端，先将两端交叉，将右端套在左端，再将右端绕在左鞋带上，往上拉。然后每只手再握住一端交叉，左端在上，右端在下；最后，把左端向下折，从交叉点把左端拉到末端中间，从右鞋带下面拿出来系上。

一种更牢固的打结方法叫“平结”(也叫死结)，不同的是鞋带两端第二次交叉时，不是把左端从交叉点拉到中间，而是把一端拉出来，从右鞋带下面拿出来系紧。

在生活中，这两种方法也很常见，但它们所隐含的力学原理却没有那么简单。

冲击力和拉力的相互作用

研究人员想知道为什么鞋带的活结如此容易松开。要理解这个问题，必须从结的解除过程说起。研究人员找到一名志愿者，将传感器绑在他的鞋子上，并将其连接到鞋带结上。这样，每当志愿者走路或跑步时，鞋带结上的力就会被检测并记录下来。同时，研究人员还将同样的绳结和传感器绑在手臂上，让手臂不断摆动(相当于腿的摆动)，从而分析绳结的受力情况。这些都是视频记录的。

通过视频的慢动作回放，研究人员发现，跑步时，绳结一般不会松开；奶奶的结一开始比较结实，后来稍微松了一点，不到两步就会完全松掉。而且，志愿者的腿只是前后摆动的时候，奶奶的心结不会松开；当他的脚刚踩在地上，奶奶的心结就不会松开。

研究人员推测，老奶奶的绳结之所以松动，一定与摇摆和踩踏之间的某种相互作用有关。这个猜测很快得到了证实。传感器显示，跑步时脚踩在地面上产生的冲击力非常大，就是这个力慢慢变形，甚至松了结。

当腿前后摆动时，鞋带露出的两端会在绳结周围晃动并互相拍打。这样会产生一个力，拉动鞋带两端，相当于人解开鞋带时的拉力。另一方面，当脚不断踏地时，鞋带结两端的冲击力增大，所以当摆动带来的拉力与冲击力叠加时，这个新的力就会对鞋带产生更大的拉力。正是这种新的拉力使鞋带结慢慢滑动，逐渐松开，最后完全松开。

研究绳结的普遍意义。

随着对鞋带结研究的深入，科学家对结的结构有了更深入的了解，这对今天的微观研究很有帮助。

在研究DNA和其他分子的微观结构时，科学家们试图构建这种结构，因为它有广泛的用途。比如“DNA折纸”就是利用天然DNA的长短链再次折叠构建，然后画出正方形、星形等其他形状的图案。

利用这一技术，科学家们在实验室里制作出了最大、最精密的物体，即一幅比例尺为1:200万亿的超微型美国地图。此外，它还可以制造高级微芯片、智能药物和其他微结构物品。这些微结构几乎都是以结的形式存在，复杂程度可能难以置信，因为只有这样才能承受各种力。因此，未来科学家可能会继续对鞋带打结的研究，甚至绘制出它在松开过程中的运动轨迹，从而彻底揭开鞋带松开的秘密。

本文来自《大科技百科新论》杂志2017年第8期文章。欢迎读者关注大科技官微：hdkj1997。

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