探討體育器材中先進材料的使用對競技體育發(fā)展的影響

孫晉媛

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，出現(xiàn)了一些高分子材料與復(fù)合材料。在體育器材中應(yīng)用這一系列的先進材料，不但使體育器材性能增強，而且使運動員的比賽成績提升。為此，本文主要分析了各種體育器材中應(yīng)用的一些先進材料，且明確了使用的先進材料對競技體育發(fā)展形成的影響作用。

關(guān)鍵詞：體育器材;先進材料;競技體育;影響

中圖分類號：TQ050.4⁺3文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0122-03

體育器材通過機械理論以及力學(xué)原理的應(yīng)用，屬于一種作用于人組織、韌帶、關(guān)節(jié)上的器材設(shè)計。為了確保運動員成績的提升與安全性，最為理想的體育器材設(shè)計涵蓋了很多學(xué)科的知識，像是材料科學(xué)、力學(xué)理論、機械設(shè)計學(xué)等。為此，在設(shè)計體育器材時，不但應(yīng)有效兼顧材料的減震性、密度、韌度、強度等，而且應(yīng)兼顧材料的安全系數(shù)，從而確保運動員不會受到傷害。下面，筆者主要對體育器材中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響問題進行了簡要地分析。

1自行車中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

自行車這種輸送設(shè)備非常高效，自行車的發(fā)展主要體現(xiàn)在車輪與車架上。能夠看作自行車為一個被改造的空間框架，其骨架是菱形結(jié)構(gòu)的。對于骨架材料的選擇，應(yīng)注重其強度設(shè)計。在不兼顧成本的條件下碳填料是最為理想的材料。當(dāng)然，也能夠應(yīng)用鈦、鎂、鋁。在兼顧成本的條件下，適宜應(yīng)用鋼。除了使碳纖維混合料骨架強化之外，當(dāng)前也制造混合骨架，像是注重聯(lián)合應(yīng)用鈦與碳纖維混合物?；谏降刈孕熊噷Ψ€(wěn)定性的要求，業(yè)已生產(chǎn)制造強化玻璃釬維尼龍的圓盤車輪。針對圓盤車輪而言，其應(yīng)用碳纖維混合材料或鋁合金逐步取代了以往的車輪輻條材料。為了提供優(yōu)良的側(cè)空氣動力性能和穩(wěn)定性，也制造五輻的車輪或者是三輻的車輪。例如，歷年的環(huán)法自行車比賽選手的平均速度證實，在自行車中應(yīng)用碳纖維可以使運動員的比賽成績大大提升。

2網(wǎng)球球拍中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

作為一項十分受青睞的網(wǎng)球運動而言，其在大概30年前應(yīng)用的是木質(zhì)球拍，在級別與水平較高的比賽中，運動員應(yīng)用的球拍材料是加蓬欖木、木岑木等。在上個世紀(jì)的60年代，占據(jù)主導(dǎo)性的是混合材料球拍，隨著網(wǎng)球拍逐步應(yīng)用鋁制或鋼制金屬混合框架，不但使球速提升，而且使危險性振動減緩。當(dāng)今，網(wǎng)球拍重點應(yīng)用鈦、鎂、鋼、鋁、等混合物制作而成。然而，在向球傳輸較大力量的基礎(chǔ)上，因為高硬度的碳纖維混合材料比金屬材料硬，在撞擊球的情況下頻率較高的振顫非常容易形成，為了實現(xiàn)如此振顫力度的降低，務(wù)必完善和優(yōu)化球拍柄。完善的球拍結(jié)構(gòu)往往是巢狀的聚氨醋泡沫（被注射進去），球拍柄的組成部分是一個軟質(zhì)內(nèi)核、很多層強化纖維。除此之外，球拍受到FR纖維的較大振顫減緩效果，因此其形成的硬度非常大。作為網(wǎng)球拍藝術(shù)的典型代表，wilson·flk的組成部分是12%的凱維拉斯、4%的純氧化鋁陶瓷、84%的石墨。石墨提供要求的硬度和強度，當(dāng)“甜點”的外部范圍跟球形成撞擊的情況下，能夠避免扭轉(zhuǎn)球拍頭部，以使球拍頭部的偏斜減小，能夠有效地減緩振顫，而應(yīng)用的扭轉(zhuǎn)凱維拉斯纖維可以使其應(yīng)用壽命與強度增加。

3運動鞋中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

在一系列的體育運動當(dāng)中，時時處處都可以見到新科技的運動鞋，其不但對運動者的安全與健康形成保護，而且直接決定了運動的效果。像是在田徑運動中，運動員的比賽常常嚴(yán)重受到運動鞋的影響作用。針對運動鞋鞋釘而言，未曾要求鞋釘?shù)闹亓恳约拔恢们闆r，然而，卻清楚地規(guī)定了鞋釘?shù)闹睆健?shù)量、長度等。結(jié)合科學(xué)試驗的分析證實，運動員每每跨出一步，其腳部受到三倍于體重的重量。倘若跑鞋的重量提高0.1kg，那么運動員的體能消耗將提升1%，特別是針對短跑比賽而言，比賽的結(jié)果受到鞋釘重量的顯著影響作用。為此，應(yīng)對鞋釘?shù)挠嘘P(guān)形狀和位置進行合理、科學(xué)的設(shè)計。再者，除球員自身之外，具備高科技水平的運動鞋也常常是運動場上的最大亮點。其中，Adidas設(shè)計的“奇釘”大大地改變了足球鞋底的設(shè)計理念，puma在設(shè)計皮雷的球鞋中應(yīng)用了自身的cell減震技術(shù)，diadora與nike更是淋漓盡致地體現(xiàn)了如此的人體工學(xué)設(shè)計理念。其中，nike先是將zoom減震科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于足球鞋中，在鞋墊的后掌和前掌上體現(xiàn)減震膠的形式。除此之外，獵鷹系列應(yīng)用十分出名的powerpulse技術(shù)，以此提升對皮球的摩擦力。total 90和刺客等系列鞋表層具備一層亮物質(zhì)，從而對足球進行迅速鎖定。技術(shù)的應(yīng)用使足球跟足部之間減少了材料，并且使觸球感提升，這在迅速運球的過程中顯得十分重要。動態(tài)貼合高幫鞋領(lǐng)具備尤為理想的貼合感，這大大改進與完善了外形輪廓，使球鞋變成延展足部的感覺大大增強。mercurial superfly中非常關(guān)鍵的重大改進技術(shù)涵蓋布里奧纜線，可以在鞋面直接織人這一系列的纜線，再結(jié)合鎖眼孔向外底連接。如此類似肌腱的支持不斷向腳后跟延續(xù)，為此，這種款式的球鞋類似于彈弓的理論，可以將往前的推力提供給球員，以及應(yīng)用了柔韌性非常理想的全新的全掌碳纖維底盤，這樣一來，有利于球員由地面獲取非常強大的反作用力效果，進而在比賽過程中可以實現(xiàn)理想的比賽成績。

4泳裝中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

在早期的分析中，荷蘭的專家證實跟不穿泳衣進行游泳形成的阻力要小于穿泳衣進行游泳形成的阻力。如此的結(jié)論表明改進泳衣的價值和意義。在漢城奧運會上，美國的馬特比昂迪（游泳名將）基于“大力士”泳衣的支持下，打破了自由泳50米的世界性紀(jì)錄，斬獲了一枚銅牌、1枚銀牌、5枚金牌。并且，美國對也打破了4×100m混合泳和自由泳接力、4×200m自由泳接力等項目的世界紀(jì)錄。從此之后，無論是在體育界，還是在輿論界，如此類型的泳衣又被叫做零阻力泳衣。基于科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進步，為了確保順著身體表面流動水流，不斷出現(xiàn)一系列新的材料，人們通過新材料制作泳衣，而新泳衣的發(fā)展趨勢和方向是實現(xiàn)身體凹凸性的提升，以及避免運動員穿著的泳衣中進入水，換言之，盡管泳衣中可以進入水，可是也可以迅速地排出水分。除此之外，能夠確保運動員的身體呈現(xiàn)為美麗的流線型。在2000年的時候，速比濤公司對鯊魚皮膚進行了研究，從而設(shè)計出了Fast Skin（鯊魚皮）的泳衣，該種類型的泳衣能夠全身性地包裹運動員。由于鯊魚皮膚具備比較粗糙的褶皺（v形），因此能夠高效地流過身體表面的水流，從而實現(xiàn)水流摩擦力的顯著降低，最終確保運動員可以迅速地游泳。結(jié)合此理論，當(dāng)運動員往后劃水的過程中，鯊魚皮泳衣可以為其帶來動力，在接縫位置模擬人的肌腱。與此同時，根據(jù)激光檢測的運動員身體的數(shù)據(jù)信息，通過特氟綸纖維（不親水的特點）精心設(shè)計了泳衣，實現(xiàn)設(shè)計的三維化，從而對運動員的腳踝和手腕進行嚴(yán)實地包裹。不但這樣，如此的泳衣還對人皮膚予以模仿，使用彈性的布料。事實證實，當(dāng)運動員游泳時能夠降低3%的水阻力，進而讓運動員可以在千分之一秒的時間中取得比賽的勝利。

5撐桿跳撐桿中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

在上個世紀(jì)50年代末的時候，基于科技的不斷進步，撐桿比賽獲得了良好的發(fā)展機會。在雅典奧運會（1896年）中，撐桿跳借助竹竿可以達到十英尺六英寸的高度。在復(fù)合材料被高溫定型之后，制作的玻璃纖維復(fù)合桿（有機樹脂與玻璃纖維的粘合）具備彈性大、承載能力強、耐用、重量輕等優(yōu)勢，因此變成撐桿跳選手的必備器材。當(dāng)結(jié)束助跑向斜穴插入的情況下，運動員應(yīng)用玻璃鋼撐桿可以轉(zhuǎn)變迅速往前的能量為桿的形變能量。并且，在最大程度地壓彎撐桿之后，運動員能夠借勢往上轉(zhuǎn)換桿的形變能量。應(yīng)用這種技術(shù)，美國運動員在上世紀(jì)20年間（60至70年代）一直是這方面的佳績創(chuàng)造者，取得了世界性的壟斷地位。在上個世紀(jì)80年代時，歐洲逐步取得了撐桿跳的優(yōu)勢，其在復(fù)合材料撐桿上應(yīng)用一系列性能較高的纖維，像是前蘇聯(lián)的運動員在1985年應(yīng)用新碳纖維撐桿取得了6m的好成績。為了可以在一系列的極限運動中取得佳績，當(dāng)前世界的體育競爭中各個發(fā)達國家都注重科技的應(yīng)用，這表現(xiàn)在體育器材和運動訓(xùn)練上，而先進的材料和高新技術(shù)是其中的一個關(guān)鍵因素。其中，作為國際性的撐桿跳比賽而言，恰恰是因為應(yīng)用了精度高的混合物撐桿，才一次又一次地取得了佳績。

6體育場地中先進材料的使用及其對競技體育發(fā)展的影響

毋庸置疑，體育場地表面的材料會從一定程度上影響選手的比賽成績，以及影響選手的比賽舒適感和生物力學(xué)特怔。一是運動員在運動的過程中，其身體肌肉會持續(xù)收縮和發(fā)力，這會沖擊運動員身體的肌肉或某個部位，進而使其形成運動傷害。為此，競技體育比賽對地板、地面等有關(guān)性能具備十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。當(dāng)今，在體育競技比賽的地板與地面中普遍地應(yīng)用一種新的、跟米粒大小相同的橡膠碎片，如此種類的橡膠碎片地板的優(yōu)勢在于緩沖性、柔軟性、彈性等，這從某種程度上可以使選手受到的膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、腳等的沖擊力大大降低，從而對其身體進行保護。除此之外，如此類型的底板具備空氣伸縮性以及空氣彈力層，從而實現(xiàn)理想的消音效果，這樣一來，在體育競技比賽時地板的震動情況基本不會出現(xiàn)。二是由于競技體育比賽的目標(biāo)是更強、更快、更高，因此在競技體育的發(fā)展進程當(dāng)中，所有的有關(guān)的體育工作者都想在改進和優(yōu)化材料設(shè)施的基礎(chǔ)上提高選手的競技體育比賽成績。跟以往使用的跑道材料相比較而言，當(dāng)前使用的塑膠跑道彈性較強，其鋪設(shè)材料是高分子化學(xué)合成材料。塑膠跑道的優(yōu)勢在于可以使選手的蹬地能力大大提升，進而讓其加速腳步，并且可以讓選手膝蓋位置抬高，從而增加每一步的步幅，讓選手獲得更加理想的比賽成績。

7結(jié)語

總而言之，隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷進步，出現(xiàn)了很多的高分子材料和復(fù)合型材料，在體育器材中應(yīng)用這些先進的材料，不但能夠使器材的性能提升，而且可以使選手取得更加理想的比賽成績，并且能夠推動競技體育的良好發(fā)展。