不同鞋底設(shè)計運動鞋對運動員原地起動的力學(xué)影響

陸毅琛

(浙江萬里學(xué)院 文體部，浙江 寧波 315100)

·運動生物力學(xué)·

不同鞋底設(shè)計運動鞋對運動員原地起動的力學(xué)影響

陸毅琛

(浙江萬里學(xué)院 文體部，浙江 寧波 315100)

30名大學(xué)生運動員穿著兩款不同鞋底設(shè)計(氣墊夾層和純EVA材質(zhì))的運動鞋后，進行雙臂固定原地縱跳和站立式原地起跑兩個原地起動動作，研究采用Kistler牌的三維測力臺和Quattro Jump縱跳臺，測量分析他們的縱跳高度和起跑時間。研究發(fā)現(xiàn)：30名運動員穿鞋底氣墊夾層運動鞋時，雙臂固定原地縱跳的騰起高度平均值51.73cm，站立式原地起跑的平均時間0.342s；穿鞋底純EVA材質(zhì)運動鞋時，雙臂固定原地縱跳的騰起高度平均值52.20cm，站立式原地起跑平均時間0.339s。結(jié)果表明：被試穿鞋底氣墊夾層運動鞋時，其縱跳高度和起跑時間的均值稍低于他們穿鞋底純EVA材質(zhì)運動鞋，但差異不顯著。由此，可以認為這兩款運動鞋不同的鞋底設(shè)計并不能給運動員原地起動動作帶來差異顯著的力學(xué)影響。

鞋底設(shè)計；原地起動；力學(xué)影響

運動鞋的核心科技幾乎都表現(xiàn)在鞋底設(shè)計上，國內(nèi)外各大運動鞋廠商紛紛運用其專利性的鞋底設(shè)計來炒作概念，其中不乏真正能幫助運動員在足部落地時起到減震緩沖效果的鞋底設(shè)計，比如耐克的鞋底氣墊夾層設(shè)計，風(fēng)靡全球。但是，這樣的鞋底設(shè)計除了落地動作外，能否幫助運動員在整個運動過程的各個動作中有更好的表現(xiàn)？本研究試圖通過生物力學(xué)的實驗，驗證這兩款鞋底設(shè)計對運動員原地起動動作的力學(xué)影響。

1 研究方法

1.1研究內(nèi)容

運動員在地面上各項運動中，起跳和起跑是最基本和最常見的動作，因此研究中的原地起動動作即設(shè)定為雙臂固定原地縱跳和站立式原地起跑動作，利用Kistler牌的三維測力臺和Quattro Jump縱跳臺分別測量分析30名被試分別穿兩種不同鞋底設(shè)計運動鞋時的起跑時間和縱跳高度。

1.2研究對象

30名體育學(xué)院在讀大學(xué)生運動員，健康狀況良好，足部功能和形態(tài)完好，無足部疾病和足部運動障礙，經(jīng)過實驗前這兩項動作的培訓(xùn)，強調(diào)要點和穩(wěn)定性，保證獲得的數(shù)據(jù)具有較高的可靠性。

被試用鞋采用隨機選購的鞋底氣墊夾層設(shè)計同款運動鞋尺碼不一各5雙和鞋底純EVA材質(zhì)的同款運動鞋尺碼不一各5雙。

1.3測試儀器設(shè)備

業(yè)界公認的權(quán)威儀器：Kistler牌的三維測力臺與Quattro Jump縱跳臺。三維測力臺可以精確測量足底施加于測力臺表面的X、Y、Z軸上的壓力、扭矩和作用時間等參數(shù)，并通過BioWare Version軟件進行統(tǒng)計與分析?？v跳臺則通過運動員在其臺面縱跳時獲得的運動員體重、離開與落地間隔時間和壓力值等動力學(xué)參數(shù)，自動換算出縱跳高度。

1.4測試過程

1.4.1 雙臂固定原地縱跳高度測試。 受使者被要求雙手叉腰固定，整個過程不允許擺臂，兩腳自然站在縱跳臺上，保持穩(wěn)定，當聽到實驗者給予的聲音信號后開始原地跳起，落地時兩腳穩(wěn)定落在縱跳臺平臺上，此時，系統(tǒng)根據(jù)獲得的動力學(xué)參數(shù)自動計算起跳高度，并記錄此次縱跳高度的數(shù)據(jù)。被試每人分別穿兩款鞋竭盡全力跳三次，每次測量的時間間隔在5分鐘以上，以保證被試得到充分的休息。

1.4.2 站立式原地起跑時間測試。 受使者被要求兩腳前后自然地站在三維測力臺上，保持身體重心穩(wěn)定。為了避免受使者個體間的反應(yīng)時間差異對實驗結(jié)果的影響，而先開啟系統(tǒng)后給受使者信號，受使者聽到信號后可以隨時自主觸發(fā)起跑，此時，測力臺完整地記錄下運動員起跑時足部施加給測力臺三維方向的力隨時間變化的數(shù)據(jù)。有效數(shù)據(jù)截取是從受使者原有穩(wěn)定的身體重心狀態(tài)即作用力發(fā)生顯著變化為開始，起跑后雙腳均蹬離測力臺即作用力消失為結(jié)束的這段時間，這段時間即被定義為起跑時間。同樣的，每人穿兩款鞋底設(shè)計的運動鞋分別測試3次，每次測量的時間間隔在5min以上，以保證受使者得到充分的休息。

2 研究結(jié)果與分析

2.1雙臂固定原地縱跳高度測量的結(jié)果與分析

30名受使者雙臂固定原地縱跳的平均高度分別是：穿鞋底純EVA材質(zhì)設(shè)計運動鞋是52.20±4.99(cm)，而穿鞋底氣墊夾層設(shè)計運動鞋是51.73±4.82(cm)。(見表1)

參考表2數(shù)據(jù)，分析認為受使者穿這兩款不同的鞋底設(shè)計運動鞋對他們的縱跳表現(xiàn)沒有顯著性影響。

表1 縱跳高度的基本描述統(tǒng)計量

表2 縱跳高度的兩配對樣本t檢驗結(jié)果

2.2站立式原地起跑時間測量的結(jié)果與分析

30名受使者起跑時間均值分別是：穿鞋底純EVA材質(zhì)設(shè)計的運動鞋時是0.339±0.037(s)，穿鞋底氣墊夾層設(shè)計的運動鞋時是0.342±0.042(s)。(見表3)

參考表2數(shù)據(jù)，分析認為受使者穿這兩款不同的鞋底設(shè)計運動鞋對他們的起跑表現(xiàn)沒有顯著性影響。

表3 起跑時間的基本描述統(tǒng)計量

表4 起跑時間的兩配對樣本t檢驗結(jié)果

3 結(jié) 論

通過生物力學(xué)實驗測量研究發(fā)現(xiàn)這兩款不同的鞋底設(shè)計運動鞋對雙臂固定原地縱跳和站立式原地起跑這類主動性觸發(fā)動作的影響差異并不顯著，由此，可以判斷不同鞋底設(shè)計的運動鞋并不是在運動過程中的任何動作都帶來有效的力學(xué)影響，一些廠商炒作的概念性鞋底設(shè)計并非像其廣告中形容的這么全面和有效。

[1] 李建設(shè),顧耀東,陸毅琛,等.運動鞋核心技術(shù)的生物力學(xué)研究[J].體育科學(xué)，2009(5):98-113.

[2] Keiji Koyama, Joji Umezawa,,Toshiyuki Kurihara,etc.The Influence of Position and Area of Shock Absorbing Material of Shoes on Ground Reaction Force during Walking[C].6th World Congress of Biomechanics 2010 Singapore.IFMBE Proceedings Volume 31, 2010: pp 262-265.

[3] Jin-Rae Cho,Seung-Bum Park,Sung-Hyun Ryu,etc.Landing impact analysis of sports shoes using 3-D coupled foot-shoe finite element model[J].Journal of Mechanical Science and Technology Oct.2009,23(10):2583-2591.

MechanicalImpactsofDifferenceSoleDesignShoesinHumanStandingStartMotions

LU Yi-chen

(PE Dep，artment Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China)

The researcher measured the jump height and get off time of start actions(vertical jump start and run start) of 30 male college students,who weared air-sole shoes and EVA-sole shoes by Kistler Quattro Jump Plate and Kistler force plate. Results:When they wearing air-sole shoes,the results were 51.73cm high in vertical jump and 0.342s in mean run start time. When they wearing EVA-sole shoes,the results were 52.20cm and 0.339s. EVA-sole shoes appeared performing better than air-sole shoes,but the difference was not significant in statistical analysis.Therefore,these two sole designs bring them the same mechanical impact.

shoe sole design; standing start motion; mechanical impact

1004-3624(2013)02-0118-02

G804.61

A

2013-01-09

陸毅琛(1981-)，男，浙江嘉興人，碩士，講師，主要研究方向：運動生物力學(xué).