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科学家教你正确地系鞋带。

撰文 | 黄雨佳

审校 | clefable

咱们老是烦懑于走路时鞋带会自动散开。不管系得多紧，鞋带齐像有“缩骨大法”一般，在咱们一不厚爱时“取得摆脱”，偶然还会让咱们碰鼻。

2006年，好意思国数学学会出书了一册一百多页的《鞋带之书》（The Shoelace Book），从数学角度评估了最好和最差的穿鞋带步骤。在书的临了，作家布卡德·罗斯特（Burkard Roister）提到，只须一个小小的更正，大多量东谈主系的鞋带齐会变得更牢。

鞋带的正确系法

2005年，特里·摩尔（Terry Moore）在TED大会上发表了一场演讲。他说，东谈主到中年才知谈，原来我方畴昔五十年的鞋带齐系错了。他一直按照一种“弱结”的步骤系鞋带，这种结颠倒容易散开。要是在“弱结”基础上稍加变化，就能系出一种“强结”。可惜，大部分东谈主从小到大学的齐是“弱结”体式。

“弱结”（左）和“强结”（右）的系法（图片源头：原论文）

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咱们在系鞋带通常时会打两次结。要是按照第一层结的情势来系第二层，就会取得一个“弱结”。举例，系第一层结时左绳（上图橙绳）在上、右绳（上图蓝绳）鄙人，系第二层时，依然将此时位于左侧的绳索（上图蓝绳）置于此时位于右侧的绳索（上图橙绳）上方。

这种情况下，由于第一层结和第二层结的螺旋方针一致，当“弱结”受到外力而拉紧时会发生诬陷。在鞋带上，具体呈现为结的方针平行于鞋子的长轴。

“弱结”（图片源头：TED）

但要是咱们对“弱结”的系法稍作改变，在打完第一层结后，按照与第一层相背的方针系第二层，就能系出一个“强结”。与“弱结”不同，受外力而拉紧的“强结”不会旋转方针，而会保捏与鞋子的长轴垂直。

“强结”（图片源头：TED）

受特里的启发，一群科学家运转权衡散开的鞋带。他们在高速录像机下仔细不雅察“弱结”的散开历程，发现原来鞋带散开不是耐心、均匀的，而是一个俄顷、祸害性的历程。在运转迈出的许多步内，“弱结”看上去齐没什么变化，直到某一步才微微散开。但很快，在那之后的一两步内，鞋带就透顶散开了。

相背，“强结”不会这样。即就是在鞋带两头负重的模拟测试条款下，“强结”也不曾实足散开，而“弱结”的散开率却达到了100%。

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模拟测试（图片源头：原论文）

跟踪散开的鞋带

咱们每迈出一步，齐会资格两个阶段——舞动相（swing phase）和复旧相（stance phase）。举例，咱们念念要迈出左脚时，当先会让左脚离地从后上前畅通，挨次资格加快抬起和降速下降，这就是舞动相；随后，左脚的脚后随着地，重点由左脚跟缓缓滚动至悉数这个词左脚，临了左脚再上前蹬，驱动右脚上前，这就是复旧相。当左脚处于复旧相时，右脚便处于舞动相。

舞动相和复旧相（图片源头：原论文）

科学家发现，不管是一直让脚晃来晃去（只须舞动相），照旧陆续地顿脚（只须复旧相），“弱结”齐不会唐突散开。因此，只须舞动相和复旧相间彼此作用，智商产生让鞋带散开的着力。

为了更好地了解鞋带的际遇，权衡东谈主员在不同类型鞋（无为跑鞋、登山鞋、畅通鞋、赤足跑鞋）的鞋带结上装配了无线加快度计。他们发现，不管是哪种类型的鞋，鞋带结处的加快度齐惊东谈主地相似。这种加快度是脉冲式的，况兼很强，冲击强度能达到6～8倍重力加快度。

鞋带资格的加快度（图片源头：原论文）

在一次次的模拟测试中，权衡东谈主员不雅察到，鞋带散开的本色是“拉穿”。也就是说，鞋带结尾（摆脱端）的惯性才是导致鞋带散开的“罪魁罪魁”。

当咱们的腿上前舞动，然后稍许向后舞动以撞击大地时，由于惯性，蝴蝶结的两个环和两个摆脱端齐会相干于结中心上前畅通。这种相对畅通会导致结中心稍稍开放、空间变大。接着，鞋跟撞击大地的逐一瞬，这种多地点的强大冲击力会传递到结，导致结中心变形，并在一次次冲击下缓缓松动。

本来，蝴蝶结环妥协脱端的长度好像疏导，结也颠倒紧。这种情况下，摆脱端和环的惯性有一定的可比性。同期，摩擦力的存在还会减小二者的惯性叛逆衡。

然而，反复冲击下，松动的结中心摩擦力减小，摆脱端也在冲击下发生轻细滑动。运转时，这一历程很慢，但随着摆脱端越来越长、环越来越小，二者间的惯性叛逆衡缓缓被放大，又会进一步加重摆脱端的滑动。

最终，摆脱端会变得弥漫长。在一两步之内，摆脱端关联的惯性力就会实足超过环关联的惯性力。当鞋带的摆脱端实足从结中心穿过（即蝴蝶结的“翅膀”实足灭绝），结就会俄顷实足散开。只须其中一个摆脱端完成这个历程，另一个环也会随之散开。

高速录像机下的鞋带散开历程（图片源头：原论文）

科学家并没能通过实考阐述，为什么资格通常的历程，“强结”会比“弱结”更相识。不外，他们预想，这种互异一定进度上可能源头于前文中提到的两种结相背的诬陷方针。“强结”在水平常向时依然能拉紧，但拉紧“弱结”却需要扭转结构。在鞋带散开历程中，只须当结中心的变形有助于开放结而不是收紧结，后续本事才可能发生。

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“弱结”的基础体式（将两个环拉出后的体式）对应于基础绳结中的“假结”，偶然也称“奶奶结”。而“强结”的基础体式则是“平结”，又称“缩帆结”。这是因为它平整又容易停止，以前常被海员用来绑扎收起来的船帆。现时平结也常在急救顶用于固定绷带。

不外，固然比较于假结仍是强了许多倍，但平结依然只可在这些弱受力场景下进展作用。要是受到强大的外力，它仍可能变形和松脱。因此，要是念念要流畅两条绳索负重，你应该选用双渔东谈主结或三渔东谈主结等更沉稳的系法。

另外，鞋带除了圭臬系法外，其实还存在许多名目系法。举例，要是念念量入为主时辰，你不错用天下上最快的系鞋带情势——伊恩结（Ian Knot）。要是图省事、不念念系两层结，你不错采用“伊恩的快速莫卡辛结”（Ian's Fast Moccasin Knot），但这个结只具讳饰作用，颠倒不牢靠。

要是只你念念让鞋带紧紧保捏原样，那么伊恩结的发明东谈主——伊恩·费根（Ian Fieggen）最保举的是“双鞋带结”（Double Shoelace Knot），也就是在圭臬鞋带系法的基础上再加一层。这种鞋带系法除了确切难以解开以外，不错说没什么差错。具体的鞋带系法齐能在伊恩的鞋带网站上找到，你致使还能给它们评分。

不同的鞋带系法（图片源头：伊恩的鞋带网站）

不仅如斯，伊恩的鞋带网站还提供了许多穿鞋带的步骤。要是仅从数学角度谈判，一只6对鞋带孔（即12个鞋带孔）的鞋共有12!×212种（约2万亿）种穿鞋带的步骤，要是鞋带穿过孔之前还彼此交汇，系法致使会更多。

不外，谈判到现实情况，并不会有这样多种步骤。因为穿鞋带时每个孔只可穿过一次鞋带，还要将鞋子的两侧紧紧拉到全部，更伏击的是还得好意思不雅。2002年，《鞋带之书》的作家布卡德在《天然》（Nature）杂志上发表了一篇论文，他指出，现实情况下，一只6对鞋带孔的鞋只会有43,200种鞋带穿法。

天然，伊恩的网站也没能提供全部4万种鞋带穿法，但他的步骤仍是能遮蔽不同的鞋带长度和不同愚弄场景的需求。不管你是念念要革新折柳脚的鞋，照旧镌汰脚背凄凉，或是减少鞋带的磨损，致使是念念用鞋带传递谍报（冷战期间的CIA特工简直这样作念），笃信你齐能在网站上找到需要的。

CIA系法的鞋带（图片源头：伊恩的鞋带网站）

你学会了吗？

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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