걷다 보면 신발끈이 풀리는 이유, 매듭 방향을 바꾸면 달라질까

신발끈을 꽉 묶었는데도 걷거나 달리다 보면 풀리는 까닭은 매듭이 처음부터 느슨해서만은 아니다. 발이 땅에 닿을 때의 충격이 매듭을 조금씩 헐겁게 만들고, 다리가 움직이며 끈을 바깥쪽으로 당기는 과정이 반복되기 때문이다. 그렇다면 매듭을 어떻게 바꾸면 덜 풀릴까?

2017년 4월 미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 기계공학 연구팀은 러닝머신에서 달리는 사람의 신발끈을 고속카메라로 촬영했다. 매듭은 한동안 버티다가 느슨해졌고, 마지막에는 한두 걸음 만에 완전히 풀렸다. 발이 땅에 닿을 때 신발에 가해지는 충격은 중력가속도의 6~8배에 이른다.

충격과 다리의 앞뒤 움직임이 함께 있어야 풀리는 현상도 나타났다. 앉아서 다리만 흔들거나 제자리에서 발을 구르는 실험에서는 매듭이 풀리지 않았다.

먼저 완성된 매듭의 모양을 보자. 리본이 대각선이나 세로로 놓이면 ‘할머니 매듭’일 가능성이 있고, 신발과 가로로 놓이는 ‘사각 매듭’은 상대적으로 안정적이다. 첫 매듭에서 왼쪽 끈을 오른쪽 끈 위로 넘겼다면, 이번에는 오른쪽 끈을 왼쪽 끈 위로 넘겨 묶는다. 리본을 만드는 나머지 과정은 평소처럼 하면 된다.

그래도 잘 풀리면 매듭을 한 번 더 감아 고정하는 방법이 있다. 이언 피건이 소개한 ‘이언식 풀림 방지 매듭’은 평소처럼 한 번 묶은 뒤 양쪽 끈으로 고리를 만들고, 교차한 고리를 서로 반대 방향으로 감아 가운데 구멍에 통과시킨 다음 당겨 조인다.

2015년 미국 매사추세츠 연구팀은 줄을 열 번 꼬아 묶은 매듭이 한 번 꼰 매듭보다 버티는 힘이 1000배 커졌다고 보고했다.

매듭을 바꿔도 끈의 표면이 매끄럽거나 닳았으면 잘 미끄러질 수 있다. 끈이 지나치게 길거나 짧아도 매듭이 안정적으로 유지되지 않을 수 있으므로, 상태와 길이도 함께 살펴볼 만하다. 길이는 신발의 종류와 구멍 수, 묶는 방식에 따라 달라진다.