高速摄像机下的鞋带散开过程(图片来源:原论文)
科学家并没能通过实验证明,为什么经历同样的过程,“强结”会比“弱结”更稳固。不过,他们推测,这种差异一定程度上可能来源于前文中提到的两种结相反的扭曲方向。“强结”在水平方向时依然能拉紧,但拉紧“弱结”却需要扭转结构。在鞋带散开过程中,只有当结中心的变形有助于打开结而不是收紧结,后续步骤才可能发生。
鞋带的花花世界
“弱结”的基础形式(将两个环拉出后的形式)对应于基础绳结中的“假结”,有时也称“奶奶结”。而“强结”的基础形式则是“平结”,又称“缩帆结”。这是因为它平整又容易拆开,以前常被海员用来绑扎收起来的船帆。现在平结也常在急救中用于固定绷带。
不过,虽然相比于假结已经强了很多倍,但平结依然只能在这些弱受力场景下发挥作用。如果受到强大的外力,它仍可能变形和松脱。因此,如果想要连接两条绳子负重,你应该选用双渔人结或三渔人结等更牢固的系法。
另外,鞋带除了标准系法外,其实还存在许多花式系法。例如,如果想节约时间,你可以用世界上最快的系鞋带方式——伊恩结(Ian Knot)。如果图省事、不想系两层结,你可以选择“伊恩的快速莫卡辛结”(Ian's Fast Moccasin Knot),但这个结只具装饰作用,非常不牢靠。
如果只你想让鞋带牢牢保持原样,那么伊恩结的发明人——伊恩·费根(Ian Fieggen)最推荐的是“双鞋带结”(Double Shoelace Knot),也就是在标准鞋带系法的基础上再加一层。这种鞋带系法除了实在难以解开之外,可以说没什么毛病。具体的鞋带系法都能在伊恩的鞋带网站上找到,你甚至还能给它们评分。
不同的鞋带系法(图片来源:伊恩的鞋带网站)
不仅如此,伊恩的鞋带网站还提供了许多穿鞋带的方法。如果仅从数学角度考虑,一只6对鞋带孔(即12个鞋带孔)的鞋共有12!×2种(约2万亿)种穿鞋带的方法,如果鞋带穿过孔之前还互相交织,系法甚至会更多。
不过,考虑到实际情况,并不会有这么多种方法。因为穿鞋带时每个孔只能穿过一次鞋带,还要将鞋子的两侧紧紧拉到一起,更重要的是还得美观。2002年,《鞋带之书》的作者布卡德在《自然》()杂志上发表了一篇论文,他指出,实际情况下,一只6对鞋带孔的鞋只会有43,200种鞋带穿法。
当然,伊恩的网站也没能提供全部4万种鞋带穿法,但他的方法已经能覆盖不同的鞋带长度和不同应用场景的需求。无论你是想要调整不合脚的鞋,还是减轻脚背疼痛,或是减少鞋带的磨损,甚至是想用鞋带传递情报(冷战时期的CIA特工真的这样做),相信你都能在网站上找到需要的。
CIA系法的鞋带(图片来源:伊恩的鞋带网站)
参考链接:
https://www.ted.com/talks/terry_moore_how_to_tie_your_shoes
https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspa.2016.0770
http://theknotsworld.com/index.php/2021/12/08/平结-reef-knot(square-knot)/
https://www.fieggen.com/shoelace/index.htm
https://www.nature.com/articles/420476a
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来源:环球科学
编辑:扫地僧