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为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次
2022-08-15 17:49:41  出处:科普中国  作者:北京科学中心 编辑:落木     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

某个美好的一天,当你突然心血来潮想从口袋里掏出耳机听听音乐时,不出意外总是会发现,耳机线不知道什么时候又缠在一起了!

同样是线,电源线、数据线放在包里面,就很少打结,凭什么耳机线那么容易打结呢?莫非口袋里有个小妖精,天天蹲在你的口袋里等着给耳机线打结?

什么把耳机线缠到了一起?来了解扭结理论

纽结,顾名思义就是一根首尾相接的打了结的绳子,其中可能有扭曲的交点。至于纽结理论(Knot theory) 是拓扑学的一个分支,研究纽结的拓扑学特性。在扭结理论中,素纽结(Prime knot)是指不能分解的非平凡纽结。

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

所有交叉数少于或等于7的素纽结。

每一种素纽结主要是用交叉数来标记,交叉数相同的素纽结可以用不同的下标进一步分辨。

来源丨维基百科

纽结理论是个研究如何把若干个圆环嵌入到三维实欧氏空间中去的数学分支。它研究的对象必须是曲线,而且是三维空间中的曲线,因此我们可以把耳机线打结的问题归到纽结理论中来。在纽结理论中,如果一个结可以在不分离两个端点的情况下转换成另一个结,则认为转换前和转换后的这两个结是等价的。

早在2007年,物理学家道格拉斯·史密斯(Douglas E.Smith)与本科学生道林·雷默(Dorian Raymer)就已经研究了把纽结理论应用于绳子打结的可行性,他们还因此获得了搞笑诺贝尔奖的物理学奖。

实验人员把不同长度、软硬的绳子装在透明的盒子里,并用各种速度旋转盒子,进行了3415次实验。

实验发现,软的绳子更容易打结——从我们的日常生活体验中可以知道,软的绳子,像毛线、针线这些,随便捏一捏都能变成一团结。相比之下,电源线、数据线又粗又硬,就很难形成像耳机线那样复杂的结。

实验还发现,一根不到46厘米长的绳子在被密封在一个旋转的盒子里一段时间后,几乎不会打结。但从46厘米增加到150厘米之间,结形成的概率会急剧上升。如果绳子的长度超过这个长度,打结的概率就基本稳定在了50%。

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

打结概率-绳子长度(m)

来源丨sciencealert

不妨测量一下你的耳机线,你会发现它大概就是150厘米长。从上图可知,竖轴表示打结的概率,横轴表示绳子长度;140厘米就是1.4米,横轴的1.4对应竖轴的0.4到0.5之间某个数,所以我们可以看出它“最少”有差不多50%的概率打结。

为什么说是“最少”呢?因为可以把耳机线当成是Y字形的绳子,其中有三条线,且两端的耳机重量比耳机线重,容易把耳机线带动起来,进一步增加了耳机线互相缠绕起来的几率。

他们还发现,正方体箱体宽度增加一倍,打结概率略有增高,但减少箱子宽度的33%会使打结概率急剧降低。

最后,这里有一个示意图,展示了一根线是如何开始在一个旋转的盒子里盘绕起来的。研究表明,绳的一端只需与另一端交叉两次就能自发打结:

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

来源丨sciencealert

这下你大可放心了:这些结的形成确实是出于物理原因,而不是因为某种超自然力量。

如何避免耳机线缠绕?

从实验中我们可以总结出以下结论:

1. 更柔韧的材料往往更容易打结。所以如果耳机线更硬,打结的几率就能减少。

2. 耳机线翻滚得越多,越有可能被缠绕在一起,打结的可能性就越大。胸前的口袋通常比裤子口袋更小,因此把耳机放在胸前的口袋里可能比放在裤子口袋里更好。

3. 盒子越大,结就越多。所以,如果你把耳机放在小口袋里,而不是大袋子里,耳机线可能有更少打结的机会。

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

来源丨pixabay

于是,如果想让耳机线不打结,大家可以试试以下三种方法:

1.捆绑耳机法:人为地先把耳机线整齐地缠绕起来,这样它就不容易乱动,也就不容易打起结来了。

2.露出机头法:把耳机的两端露出到裤兜外面,只要耳机头不在线之间穿梭,光耳机线自己打圈是不会形成结的。

3.收纳法:把耳机线放在一个专门用来装耳机线的小盒子里。

耳机线打的结有可能自己解开吗?

答案是有,但当且仅当耳机在振动中沿着它打结的路径原路返回。然而这个概率非常小,一般来说,物体更倾向于从有序发展到无序。但要从无序回到有序,则通常需要付出能量的代价。

也就是说,打结是比解结更稳定的结局,耳机线自然也就更倾向于“打结”这个结果了。

再看看另一个角度——耳机线的外皮通常由TPE材料(热塑性弹性体)制成,这种材料富有弹性且硬度小,TPE的摩擦系数与接触面积的大小无关,但它同时又和硬度有关,且与其硬度成反比,即当TPE硬度增加时,摩擦系数会减小。这意味着当耳机线缠绕在一起时,由于摩擦力的存在,这些结就更难自发解开了。

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

来源丨pixabay

现在,无线蓝牙耳机渐渐成为了人们的新宠,既然没有线,那也就不存在打结的烦恼了。

但是话说回来,如果你发现你的耳机线打结了,在心情因此变得暴躁之前,为什么不趁机花点时间研究一下这些结呢?

为解开耳机线缠绕之谜:科学家把绳子装在盒里摇晃了三千多次

亚历山大大帝:什么结?吃我一剑!

责任编辑:落木

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