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跑鞋作为跑者的第一装备,近年来在科技的不断加持下,呈现出更轻、更厚(在国际田联厚度规则允许范围内)、更缓震、更回弹 的发展特征 。
尤其是集当今先进跑鞋科技于一身的碳板竞速跑鞋成为精英选手和大众跑者不断创造PB的“神器” 。
马拉松和各种公路赛事世界纪录不断被打破,碳板跑鞋的贡献功不可没 。
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发表于国际顶级运动科学杂志《sports medicine》(运动医学)的一篇最新研究对于碳板跑鞋为什么可以显著提升跑步运动表现进行了机制探讨 。
这篇论文的标题翻译过来就是《纵向弯曲刚度增强对于跑鞋动能学与生物力学的影响》 。
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这篇文献综述指出,虽然有一些研究指出穿着碳板跑鞋,跑步经济性提高了3-4%(这也是为什么耐克碳板跑鞋被命名为4%的原因),但同样也有研究指出穿着碳板跑鞋反而有可能导致跑步经济性的下降 。
所谓跑步经济性是指同等速度下跑步的省力程度,某一速度下摄氧量越小,心率越低则表现经济性越好 。
如果说碳板跑鞋可以显著提升跑步经济性,就意味着穿着碳板跑鞋会让人觉得轻松,这样人们理论上就可以承受更大的强度,但这篇论文经过文献分析,却发现从跑步经济性角度解释碳板跑鞋提升运动表现的机制似乎尚不肯定 。
因此,本文主要从动能学与生物力学角度进行了分析 。
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碳板导致跑鞋纵向弯曲
刚度增加所带来的效应
什么是纵向弯曲刚度?
纵向弯曲刚度就是指跑鞋在前后方向上可以弯折的程度 。
对于跑鞋来说,如何判断其纵向刚度呢?
很简单,你握住鞋跟,将前脚掌用力下摁,观察前脚掌是否很容易发生弯折 。
如果是,那么这双鞋纵向刚度就不是很大,由于大多数慢跑鞋的主要功能就是缓震,其中底以弹性缓震材料比如EVA构成,所以多数情况下,前脚掌都比较容易弯折 。
但碳板跑鞋由于里面内置了碳板,碳板非常坚硬同时也有一定弹性,所以碳板跑鞋相比缓震型跑鞋的显著不同,就是纵向刚度显著增加,由于引发的了一系列动能学和生物力学效应 。
通过弯折鞋头可以判断一双跑鞋的纵向刚度
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在跑步着地,尤其是最后阶段蹬伸发力过程中,在大脚趾跖趾关节处会发生明显的弯折,此时大脚趾先做背屈运动再跖屈发力,实现扒地动作 。
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如果前脚掌跖趾关节弯曲幅度过大,就可能导致比较大的能量损失 。
而通过在跑鞋中底放置一块碳纤维板,这样就可以减少跖趾关节的转动,从而有效降低跑步和跳跃时的能量消耗 。
前脚掌跖趾关节的过度弯曲导致能量损失
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碳板跑鞋由于内置碳板的关系,导致跑鞋前脚掌弯折度相比传统跑鞋明显减少,提升了跑鞋刚度,而刚度的增加则意味着能耗的减少 。
其次,碳板跑鞋普遍中底较厚,这种较厚的中底一方面可以避免碳板插入中底后导致刚度陡增所带来的脚底太硬的不适感 。
另一方面也有利于中底弹性材料本身发挥一定的缓震作用,这就会带来另外一个现象,就是受力点发生改变 。
由此导致蹬伸发力时,地面反作用力力臂延长,从而使得力矩增加,相当于可以更好地借助地面反作用力产生推进力,同时增加的踝关节外力臂也可能降低踝关节角速度和肌肉收缩速度,从而减轻了小腿足踝肌肉的用力和疲劳程度 。
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