歩いている内に靴紐がほどける。実に日常的だけど、これのメカニズムは結構複雑だよ。この種の研究では、最近では2017年に新たな研究論文が出ているよ。

まず、靴紐がほどけるという状況は歩いている時や走っている時に経験するよね？普通はその場でずっと足踏みをするなんて経験はほぼないから当然じゃないかとも思えるけど、実はこれ結構重要なことだよ。実験では、座った状態で足踏みをしても、歩いている時ほど靴紐はほどけないことを観察しているよ。この違いはとても重要だよ。よく、靴紐がほどける理由を調べると、歩いている時に生じる衝撃だと説明するものが出てくるね。しかしこの実験を見る限りでは、衝撃というのは原因の1つではあっても、それだけが原因ではないことを意味するよ。

カリフォルニア大学バークレー校による2017年の研究では、靴紐がほどける様子をハイスピードカメラで撮影して、靴紐がほどける瞬間の力学的なメカニズムを解析したよ。特にこの研究以前に、ほどけやすい結び方とほどけにくい結び方というのがテレビ番組を通じて知られていたことから、一見すると構造的に類似しているこれらの結び目がどのように違うのかも調べてみたよ。

その結果、靴紐がほどける瞬間より前の段階、靴紐がほどけかけるという状況の遷移は、最後の数歩で急激に進行することが観察されたよ。これは事前にもある程度予想されていたよ。つまり、歩いたことによる衝撃で靴紐がほどけると仮定した場合、それは衝撃によって靴紐の結び目の輪の部分が緩み、段々と直径が広がることによって起こるものだよ。しかしこの穴の直径の広がりは、歩いている時の衝撃が大きく変化しない以上、比例的に進行するはずだよ。

では何が急激な緩みを招いているのか？これは靴紐が結び目の端から長く伸びていることと関連していると考えられるよ。つまり靴紐の端が十分に長い場合、歩くという脚の先端の加速度運動による遠心力を受け、外向きに引っ張られることになるよ。これは、靴紐を意図的にほどくために端を引っ張る状況と似ているね。一方で靴紐は絡まっている内は摩擦による抵抗で動かないけど、これは穴の直径が大きくなるほど急激に低下するよ。つまり、結び目の穴の直径が広がると、急激に摩擦が低下し、一気にほどける状況が生まれる。これが、最後の数歩で急に靴紐がほどける原因となる訳。この考察は、靴紐の先端に錘をつけると、付けていない時よりずっとほどけやすくなるという実験結果や、単に脚を上下させる足踏みではほどけないという状況とも整合するよ。

結局のところ、なぜ靴紐がほどけるかというのは複雑だよ。1つは脚が地面に付いた時の衝撃、そしてもう1つは靴紐の先端にかかる遠心力ということになるよ。