跑鞋發展中的科技運用

    如今的奧運比賽已不再是低技術含量的體育運動，從撐桿跳運動員的鞋、游泳運動員的泳衣、自行車比賽用車等器械和服裝，可謂里里外外、上上下下、各個部位都充滿了高科技，“更快、更高、更強”的奧運會業已變得“更科學”了。 　　1、跑道與跑鞋 　　利用塑膠跑道改善和打破人類運動的紀錄，是現代體育的一個經典。在人類體育史上，石塊地、泥地、沙地、草地和煤渣地(跑道)等都是人們展現自己運動才能的基本環境和場地，但科技發展到今天，人類好像找到了更為優異的場地，比如聚氨酯塑膠跑道就是目前國際上公認的最佳運動地面。塑膠跑道厚度一般為13毫米，其優點是，彈性好、耐磨、防滑、色彩美觀、場地清潔、易于維護管理、不受氣候等條件影響。這種場地平坦均勻，可吸收震動，彈跳自如，運動員若跌跤還能減少受傷程度;并且，跑道平坦、不滑、有彈性，還有助于運動員釋放生理體能，提高成績。另外，在心理上，由于跑道色彩鮮艷美觀，給運動員一種舒適感，可振奮精神、提高競技水平。無數大型國際賽事表明，運動員100M短跑在聚氨酯跑道上要比在煤渣跑道上快0.2～1.03S，而跳遠成績可提高20～30CM。 　　跑道將來的發展可能是關注運動員在訓練和比賽時和跑道的相互作用，研發更加先進的材料，用來降低傷害發生率。 　　利用科技手段改造運動鞋也是創造新紀錄的有效手段。在1991年的東京田徑世錦賽上，美國運動員劉易斯以9S86的成績打破百米世界紀錄，人們普遍認為他穿的跑鞋是重要的“功臣”。他那雙鞋經過運動力學、醫學專家和鞋匠的精心設計，只有115K重，鞋底鑲著輕盈而堅固的陶瓷鞋釘。由于陶瓷耐磨而且釘子附近無任何黏附物，鞋的重量減輕了20K，這就為他打破100M世界紀錄打下了堅實的物質基礎。在奧運會賽場上，跑鞋與高科技的完美結合遠遠超過了泳衣，它已經成為更新換代最快的運動裝備了。在上屆奧運會中，美國男女飛人邁克爾?約翰遜和瑪麗安?瓊斯分別穿上了耐克公司科研人員耗時3年制成的“金縷鞋”與“水晶鞋”。兩款鞋重量輕、彈性強，大大提高了兩人的競技水平。 　　長跑鞋　地中海的陽光會令雅典公路表面灼熱，因此，阿迪達斯將這種鞋的內底和側帶都墊上了金屬襯箔，以反射熱量。這雙鞋僅重14盎司。 　　短跑鞋　短跑鞋是越輕盈越好，因此，銳步公司為它每雙僅重11.2盎司的短跑鞋制造了聚氨酯鞋面。設計師將鞋的外層和鞋底夾層熔為一體，省去了接縫和縫線的重量。 　　跑鞋的發展趨勢： 　　1. 研究以“橡膠機理”的沖擊吸收材料，從而提供比EVA更好的沖擊吸收平衡能力和更好的穩定性; 　　2. 新穎的特性設計，如色彩、造型等; 　　3. 各種可以增加空氣動力在鞋內流動手段的嘗試，以方便將溫和排汗; 　　4. 跑動中的腳部組織變形的觀察技術的進步。 　　2、撐桿跳的桿與鞋 　　曾經，用沉重、沒有彈性、容易折斷的木桿跳出來的成績是3.30M;1905年運動員開始使用重量較輕、有一定彈性的竹竿，最高成績達到4.77M;1930年運動員使用較為堅固的金屬鋁制桿，這是一個歷史性突破，因為減少了撐桿折斷的后顧之憂，運動員可以提高握桿點，加快助跑速度，成績便突破到4.8M;當材料力學與新型材料結合后，1948年人們創造出了重量更輕、彈性更強的玻璃纖維桿，人類的撐桿跳成績一下子突破6.0M極限。 　　耐克設計師與美國前大學撐桿跳選手廷克?哈特菲爾德及其兄弟托比，用玻璃纖維制作了一種鞋，即注塑成型的鞋底從后向前逐漸變薄，鞋跟部厚17MM，腳趾處僅厚7MM，借此來減輕短跑時跟腱的壓力，并增加起跳的穩定性。鞋面由Aeroply材料制成，這是一種透氣性和延展性都很好的熱塑材料，因此一雙鞋的重量不到14盎司。 　　3、仿鯊魚皮泳衣 　　在雅典奧運會男子200米自由泳決賽中，澳大利亞“魚雷”伊恩?索普力壓荷蘭名將霍根班德和美國新秀菲爾普斯，獲得了一枚金牌。比賽時，索普依舊穿著那身從上到下一水兒黑的聯體泳衣。霍根班德的教練認為，正是這身“黑皮”幫助索普在兩屆奧運會上瘋狂地奪金攬銀。索普在本屆奧運會穿著的已經是阿迪達斯“噴氣概念”聯體泳衣的第二代產品。 　　有人認為不穿泳衣的裸泳會游得更快，因為一是少了泳衣的重量負擔，二是沒有了泳衣的阻力。然而實驗證明，不穿泳衣的阻力比穿泳衣要大9%，泳衣可以使身體變成流線型，阻力更小。1950年，可以自由伸縮的尼龍泳衣風靡世界，而且泳衣的樣式不斷變化，其主要原因在于都遵循一個運動力學原理——物體越呈流線型，阻力越小，速度就越快。所以1976年，杜邦公司以阻力更小的聚氨酯纖維制作泳衣。 　　真正的突破是“鯊魚皮”泳衣的問世。科研人員以特氟綸纖維為原料制成“鯊魚皮”泳衣，突起的高度和寬度都經過了嚴格測算，同時該面料上還添置了身體觀測系統，可以記錄運動員的特征，使泳衣更舒適。泳衣制造商一致認為，即使最出色的游泳運動員也有92%的能量浪費在克服三種阻力上：摩擦阻力、壓差阻力和水波阻力。克服哪種阻力最重要?如何減少各種阻力的影響?在激光模擬和計算機流體力學軟件的幫助下，著名泳裝品牌斯皮多公司(Speedo)的設計師們認為，摩擦阻力是最容易克服的。為了消除這種阻力，他們發明了兩種獨特的纖維——Fastskin和Flexskin，并用它們模仿鯊魚皮膚的機理制成泳衣。他們用電腦掃描了450名優秀運動員的身體，根據他們身體尺寸的平均值制造了一個人體模型，然后在新西蘭奧塔戈大學的一個游泳池里進行試驗。斯皮多公司稱，身穿這種泳衣，如果游泳者采用速度最快的姿勢，所受的總阻力可減少4%。 　　4、自行車 　　自行車運動員是夏季奧運會上最大的傻瓜，而且對這一點無可奈何，因為他們如此依賴于一部將動力消耗在東搖西晃和克服氣動阻力上的機器。這意味著自行車手喜歡挑選自己所用的每個部件，對所選部件的分析精微到毫米之差。 　　自行車材料經歷了如下歷程：從1940年左右的木制自行車，到1870年左右的鋼制自行車，以及到后來的被稱為“做自行車的唯一的合適材料”的鈦材自行車。21世紀什么樣的材料更適合制造自行車呢，人類開始了新的探索。專用自行車部件公司(Specialized)將碳化纖維做成的叉骨形上架與鋁質底架焊接在一起，就構成了一輛橫向穩如磐石、縱向彈性良好的自行車骨架。而且它還很輕，只有2.8磅重。而米其林公司研制出一種最終拋棄了內胎的自行車輪胎。車胎的氣門擰入車輪里面，輪胎卷邊與輪圈密合。爆胎的幾率因此而降低了。 　　5、科技足球 　　正如英國足球史學家比爾?莫瑞所說，“地球在縮小，足球在放大”，科技進步改變著人類社會的點點滴滴。 　　中國是足球起源之鄉，關于足球的制作材料，唐人徐堅在《初學記》里記載說，“蹴鞠曰球戲，古用毛糾結為之，今用皮，以胞為里，噓氣閉而蹴之。”也就是說，當時人們已經開始用動物胞衣作為內膽，再用嘴吹氣后將氣口封上，而后用皮革制成外殼。而現代足球的演變是從英國開始的，根據記載，第一個“球”是一個被殺死的丹麥土匪的頭顱。而真正意義上的現代足球是用皮革制成的，里面有一個橡皮內膽。這種足球的最大問題時，當足球在潮濕環境下使用時，球容易吸收水分，因此會變得沉重并且難于控制。典型的現代足球是采用天然的橡膠做內膽外包聚氨酯并采用多層制作以及加強襯里。 　　2002年足球世界杯指定用球“飛火流星”，其設計、開發、制作全部在德國的阿迪達斯足球實驗室完成，所有2002年世界杯比賽用球也都將在摩洛哥用手工縫制而成。他們認為，“飛火流星”是迄今為止精確度最高的足球。盡管事后，“飛火流星”讓諸多世界頂極球星感到不便，但不管怎么樣，它畢竟代表了一種科技的進步。 　　它全部是用人工合成材料制成，足球表面那層厚度僅為3毫米的合成革，其中就包括了高固化聚氨酯、透明聚氨酯涂層和“微泡混合塑料”以及天然橡膠總共多達10層的材料有機結合而成。據生產微泡混合塑料的德國Bayer公司介紹，這種材料由許多直徑僅為0.1毫米，大小均勻、高彈性、抗沖擊力極好的微型氣囊組成，這些微型氣囊排列規則，密度高達每平方厘米數萬個。除了微泡混合塑料，在球中部的空氣球膽周圍還有一層網狀物，這是一層非常柔韌的加強型材料。阿迪達斯公司稱之為“拉歇爾經編針織物”。運動員踢球的時候，這層網狀物可以防止足球變形，從而使球在飛行過程中的運動方向不會發生改變。