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为什么有些绳结更牢固?科学家用变色纤维研究出了打结的“秘诀”

前瞻网 01-06

不同的绳结有着不同的用途,但为什么有些绳结比其他的更牢固 ? 近日,在变色纤维的帮助下,研究人员开发出了简单的数学规则,可以根据结的拓扑结构 ( 结的几何形状 ) 来确定各种结的相对强度。

麻省理工学院的应用数学家 Vishal Patil 说 :" 尽管绳结已经存在了几千年,但是人们对它们为什么会这样工作却知之甚少。"

为了更好地理解最简单的结,Patil 和他的同事们研究了变色纤维,这些纤维的色调显示出在打结的纤维中应变大小不同的区域。

研究人员在 1 月 3 日的《科学》杂志上报告说,这些纤维中结的应变与计算机模拟中计算出的应变一致。计算机模拟还可以估算不同结的相对强度。

研究小组利用这种模拟技术,预测了连接两根绳子的更复杂的弯曲结的相对强度。

帕蒂尔和他的同事随后发现,有三个特征可以解释打结的强度。

首先,交叉的次数越多,绳结就越牢固。当两股线交叉时,它们的扭转也起到了一定的作用 : 如果两股线向相反的方向扭转,扭转就会平衡,把绳结固定在合适的位置。

最后,如果紧结时,相邻的线向相反的方向滑动,也会加强结的强度。

这些规则只预测了每个结的相对强度,即一个结是否比另一个结更强,而不是它的整体强度。如果是那样,研究人员需要考虑一些细节,比如用来打结的绳子或纤维的特性。

原文出处:

https://www.sciencenews.org/article/color-changing-fibers-mysteries-math-physics-how-knots-work,Color-changing fibers help reveal mysteries of how knots work,作者:Emily Conover

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