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”

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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