鞋带为神马总会自己松开？

【编者按】2016年12月，耐克发布了一款新鞋，这款鞋子有什么特点呢？就是可以自动系鞋带，对于很多懒人来说，这简直就是福音。但是话又说回来，鞋带为什么总会自己松开呢？

分析系紧的鞋带如何会自己松开，当然就要分析它的受力情况。不难想到，人在走路或者跑步时，鞋带系结的部分除重力外，还交替受两种外力影响：结心两边的绳环和绳头，在空中被甩来甩去时脚施加的力（相当于绳受的惯性力）；落地时，固定在鞋面上的结心本身受到地面的冲击。

对于这些惯性力和冲击力具体怎样打开鞋结的问题，直到最近才有了较为细致的定量观察。加州大学伯克利分校的研究人员就此分别做了实验：

两名博士生志愿者坐在桌子或椅子上，用脚模拟走路的样子前后甩动而不落地，观察惯性力的单独作用；

类似地，志愿者不摆腿，仅模拟走路时脚后跟落地的情形，观察冲击力的单独作用；

为便于叙述，鞋结的各组成部分以图中这类常见情形为准

在前后两年的时间里做的这些测试总计100多个小时，结果发现在上述单独一种外力作用下，鞋带通常可以保持几十分钟不松。也就是说，日常生活中我们没走一会儿就要重系一次鞋带的麻烦，惯性力和冲击力都有贡献。

接下来，研究者亲自上阵，在鞋结的中心下方固定一个无线加速度传感器，边走边实时测量脚在落地时这个位置受到的冲击力。

对不同种类的鞋做类似测量后发现，地面的冲击作用不容小觑，可以使结心在落地的瞬间产生6个至8个重力加速度，相当于把它重重地摔在地上。

这样的测量结果，辅以高速摄影来分解脚的运动，就可以比较完整地描述鞋带自己松开的全过程：

每次脚后跟落地时，都对鞋带的结心产生强烈冲击，使其变形；抬脚迈步的过程中绳环和绳头的惯性力以2倍至3倍的重力加速度进一步拉伸结心，两个结果叠加起来，系鞋带时的两个单结便逐渐分离，不再束紧，进而导致鞋带之间摩擦力减小，越松越快。