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        為了解開耳機線纏繞之謎,科學家把繩子裝在盒里搖晃了三千多次
        發布時間:2022-08-15
        瀏覽次數:1430

        版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系我們

        審核專家:羅會仟 中國科學院物理研究所副研究員

        某個美好的一天,當你突然心血來潮想從口袋里掏出耳機聽聽音樂時,不出意外總是會發現,耳機線不知道什么時候又纏在一起了!

        同樣是線,電源線、數據線放在包里面,就很少打結,憑什么耳機線那么容易打結呢?莫非口袋里有個小妖精,天天蹲在你的口袋里等著給耳機線打結?

        什么把耳機線纏到了一起?來了解扭結理論

        紐結,顧名思義就是一根首尾相接的打了結的繩子,其中可能有扭曲的交點。至于紐結理論(Knot theory) 是拓撲學的一個分支,研究紐結的拓撲學特性。在扭結理論中,素紐結(Prime knot)是指不能分解的非平凡紐結。

        所有交叉數少于或等于7的素紐結。

        每一種素紐結主要是用交叉數來標記,交叉數相同的素紐結可以用不同的下標進一步分辨。

        來源丨維基百科

        紐結理論是個研究如何把若干個圓環嵌入到三維實歐氏空間中去的數學分支。它研究的對象必須是曲線,而且是三維空間中的曲線,因此我們可以把耳機線打結的問題歸到紐結理論中來。在紐結理論中,如果一個結可以在不分離兩個端點的情況下轉換成另一個結,則認為轉換前和轉換后的這兩個結是等價的。

        早在2007年,物理學家道格拉斯·史密斯(Douglas E.Smith)與本科學生道林·雷默(Dorian Raymer)就已經研究了把紐結理論應用于繩子打結的可行性,他們還因此獲得了搞笑諾貝爾獎的物理學獎。

        實驗人員把不同長度、軟硬的繩子裝在透明的盒子里,并用各種速度旋轉盒子,進行了3415次實驗。

        實驗發現,軟的繩子更容易打結——從我們的日常生活體驗中可以知道,軟的繩子,像毛線、針線這些,隨便捏一捏都能變成一團結。相比之下,電源線、數據線又粗又硬,就很難形成像耳機線那樣復雜的結。

        實驗還發現,一根不到46厘米長的繩子在被密封在一個旋轉的盒子里一段時間后,幾乎不會打結。但從46厘米增加到150厘米之間,結形成的概率會急劇上升。如果繩子的長度超過這個長度,打結的概率就基本穩定在了50%。

        打結概率-繩子長度(m)

        來源丨sciencealert

        不妨測量一下你的耳機線,你會發現它大概就是150厘米長。從上圖可知,豎軸表示打結的概率,橫軸表示繩子長度;140厘米就是1.4米,橫軸的1.4對應豎軸的0.4到0.5之間某個數,所以我們可以看出它“最少”有差不多50%的概率打結。為什么說是“最少”呢?因為可以把耳機線當成是Y字形的繩子,其中有三條線,且兩端的耳機重量比耳機線重,容易把耳機線帶動起來,進一步增加了耳機線互相纏繞起來的幾率。

        他們還發現,正方體箱體寬度增加一倍,打結概率略有增高,但減少箱子寬度的33%會使打結概率急劇降低。

        最后,這里有一個示意圖,展示了一根線是如何開始在一個旋轉的盒子里盤繞起來的。研究表明,繩的一端只需與另一端交叉兩次就能自發打結:

        來源丨sciencealert

        這下你大可放心了:這些結的形成確實是出于物理原因,而不是因為某種超自然力量。

        如何避免耳機線纏繞?

        從實驗中我們可以總結出以下結論:

        1. 更柔韌的材料往往更容易打結。所以如果耳機線更硬,打結的幾率就能減少。

        2. 耳機線翻滾得越多,越有可能被纏繞在一起,打結的可能性就越大。胸前的口袋通常比褲子口袋更小,因此把耳機放在胸前的口袋里可能比放在褲子口袋里更好。

        3. 盒子越大,結就越多。所以,如果你把耳機放在小口袋里,而不是大袋子里,耳機線可能有更少打結的機會。

        來源丨pixabay

        于是,如果想讓耳機線不打結,大家可以試試以下三種方法:

        1.捆綁耳機法:人為地先把耳機線整齊地纏繞起來,這樣它就不容易亂動,也就不容易打起結來了。

        2.露出機頭法:把耳機的兩端露出到褲兜外面,只要耳機頭不在線之間穿梭,光耳機線自己打圈是不會形成結的。

        3.收納法:把耳機線放在一個專門用來裝耳機線的小盒子里。

        耳機線打的結有可能自己解開嗎?

        答案是有,但當且僅當耳機在振動中沿著它打結的路徑原路返回。然而這個概率非常小,一般來說,物體更傾向于從有序發展到無序。但要從無序回到有序,則通常需要付出能量的代價。

        也就是說,打結是比解結更穩定的結局,耳機線自然也就更傾向于“打結”這個結果了。

        再看看另一個角度——耳機線的外皮通常由TPE材料(熱塑性彈性體)制成,這種材料富有彈性且硬度小,TPE的摩擦系數與接觸面積的大小無關,但它同時又和硬度有關,且與其硬度成反比,即當TPE硬度增加時,摩擦系數會減小。這意味著當耳機線纏繞在一起時,由于摩擦力的存在,這些結就更難自發解開了。

        來源丨pixabay

        現在,無線藍牙耳機漸漸成為了人們的新寵,既然沒有線,那也就不存在打結的煩惱了。

        但是話說回來,如果你發現你的耳機線打結了,在心情因此變得暴躁之前,為什么不趁機花點時間研究一下這些結呢?



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