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科學(xué)大討論 耳機(jī)線引發(fā)的科學(xué)大討論

發(fā)布時(shí)間:2020-03-29 來(lái)源: 短文摘抄 點(diǎn)擊:

  有一天,一個(gè)熱情的科學(xué)愛(ài)好者提出了這樣的問(wèn)題,一群充滿想象力和激情的科學(xué)家從各自領(lǐng)域出發(fā)提供了豐富多彩的回答。      問(wèn):為什么放在口袋里的耳機(jī)線很容易纏在一起?
  答:甲這個(gè)問(wèn)題可以從結(jié)構(gòu)學(xué)角度來(lái)解釋。耳機(jī)線為包裹著熱塑彈性材料的金屬絲,而且長(zhǎng)寬比例極度失調(diào),導(dǎo)致了它極易被彎曲;而且,跟筆記本電源線不一樣,耳機(jī)線還很容易發(fā)生圍繞中軸(金屬絲)的扭轉(zhuǎn)。這造成耳機(jī)線在結(jié)構(gòu)上至少有三個(gè)維度(左右彎曲、前后彎曲和圍繞中軸的扭轉(zhuǎn))的不穩(wěn)定性。
  很不幸的是,耳機(jī)的前端還必須分叉成兩股,以繞上你的脖子?梢源致哉J(rèn)為,耳機(jī)線的每一次形狀變換,都牽扯一個(gè)9維向量(3條耳機(jī)線)的變化,十分復(fù)雜,它真是亂麻中的亂麻。
  眾所周知,水往低處流,這是能量最小原理的體現(xiàn)。高處的水池一旦出現(xiàn)缺口,就是一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài),必須向穩(wěn)定狀態(tài)(低處)轉(zhuǎn)移。同樣道理,把耳機(jī)線不經(jīng)整理塞在口袋中后,它隨著身體晃動(dòng)不斷地晃,還受到兩側(cè)布料的擠壓力和摩擦力,在復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境下,它必須將自己“推向”某種穩(wěn)定狀態(tài),以克服各種外力的“打擾”。
  那么,它如何追求穩(wěn)定呢?對(duì),就是自身纏繞!這樣可以在不改變材料特性的情況下大幅增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。纏繞越緊密,強(qiáng)度通常就越高。就好像受潮的油條,可能兩股的時(shí)候還立得起來(lái),吃掉其中一股就不行了。
  于是,這個(gè)復(fù)雜的9維向量耳機(jī)線,不斷靠近它的終極目標(biāo):緊緊纏繞,以確保自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
  這樣說(shuō)起來(lái),耳機(jī)線的纏繞實(shí)在是個(gè)科學(xué)宿命。但并不是沒(méi)有解決辦法。比如,用更粗更有韌性的線材,以加強(qiáng)自身強(qiáng)度(某些品牌的耳機(jī)線材用了尼龍網(wǎng)包覆,防纏繞效果很好);或者用更短的耳機(jī)線減少變化總量;或者事先整理好(一定程度上增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)才放入口袋;再或者,干脆自己亂纏一通,從概率的角度看,拿出來(lái)時(shí)也不見得會(huì)更亂到哪里去。
  
  乙用流體力學(xué)來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題吧,F(xiàn)實(shí)中的流體都是有粘性的,只是粘性大小不同而已(例如,菜油的粘性大于水)。均勻流動(dòng)的粘性流體在受到外部干擾的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的紊亂,想象一下:一條均勻流動(dòng)的河水,突然掉進(jìn)一塊大石頭,河水就會(huì)受到干擾而產(chǎn)生旋渦、波浪等紊亂現(xiàn)象。
  好了,想想我們的主角――耳機(jī)線:耳機(jī)線之間的摩擦碰撞,口袋對(duì)它的碰撞和摩擦,以及外界不斷的擠壓、揉搓、抖動(dòng)……都構(gòu)成了流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力和對(duì)其的干擾。
  所以,不難理解,即使是理得很順的耳機(jī)線,最后都會(huì)變成一堆亂麻。因?yàn)樵倬鶆虻牧黧w,只要有粘性和干擾的存在,最后都會(huì)紊亂,更何況一開始我們的“流體”就不怎么均勻呢。
  讓人頭痛的是,水流紊亂了,最后只要干擾去除,動(dòng)力還在,自個(gè)也就理順了。可是耳機(jī)線不一樣啊。有些同學(xué)一抓狂,火氣上來(lái)了直接扯斷耳機(jī)線,這可不就是理順了。
  
  丙人從衣袋里取出耳機(jī)線時(shí),通常是很隨意地用兩指夾取出來(lái),這會(huì)讓耳機(jī)線再次運(yùn)動(dòng),加大打結(jié)的幾率。最后,當(dāng)亂團(tuán)團(tuán)的耳機(jī)線放在眼前時(shí),人們通常會(huì)直取端點(diǎn),向外拉拽,試圖破除原有的多元混沌狀態(tài),讓弧度消失,殊不知此時(shí)耳機(jī)線均已多次穿越那些交疊的不規(guī)則圓環(huán),強(qiáng)行向外拉拽的后果只能是打結(jié)?傊,耳機(jī)線的糾纏是復(fù)雜力學(xué)過(guò)程和人類心理共同作用的一個(gè)結(jié)果。
  
  丁最后,但并非最不精彩的神話學(xué)解釋:每副耳機(jī)里都住著一個(gè)小神仙,當(dāng)你聽音樂(lè)的時(shí)候,小神仙就會(huì)跟著節(jié)拍翩翩起舞或者瘋狂扭動(dòng),這取決于你聽音樂(lè)的種類。當(dāng)你休息了,音樂(lè)沒(méi)有了,小神仙覺(jué)得很寂寞,就順著線路來(lái)回亂跑,試圖找回剛剛的音樂(lè)。如果你聽的是《天鵝湖》,小神仙的步伐會(huì)慢一點(diǎn),耳機(jī)的線也不會(huì)纏太多圈,如果你聽的是disco,那就慘了,準(zhǔn)備花上兩個(gè)小時(shí)整理耳機(jī)線吧。
  
  本欄目由科學(xué)松鼠會(huì)
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