運(yùn)動鞋的功勛

回顧足球歷史上最經(jīng)典和重要的“戰(zhàn)役”，不能不提到1954年瑞士世界杯賽匈牙利隊(duì)和前聯(lián)邦德國隊(duì)的那場激烈拼搏。明顯弱勢的德國隊(duì)在0比2落后的危局中絕地反擊，最后以3比2取得了“幾乎不可能的”勝利，成為二戰(zhàn)后德國回歸國際體育大家庭并重振民族精神的重要契機(jī)。這次反敗為勝的一個關(guān)鍵因素，便是他們腳下穿的新款足球鞋。比賽在大雨滂沱后的范可多夫體育場進(jìn)行，滿地泥濘不堪，當(dāng)年所向無敵的匈牙利隊(duì)被又濕又重的球鞋所折磨，守門員在最后的關(guān)鍵時刻滑倒。而德國隊(duì)腳下的鞋則輕巧靈活并及時更換了加長的鞋釘，能在滑溜溜的賽場上增大抓地力。拍攝慶功合影的時候，德國隊(duì)總教練赫爾伯格把看臺上的阿迪恭恭敬敬請到身邊。這是歷史上唯一一張制鞋商和冠軍隊(duì)共享勝利喜悅的照片（圖1）。

（1） 圖組:（1-1）1954年瑞士世界杯足球賽冠軍聯(lián)邦德國隊(duì)合影，（左一）為阿迪;（1-2）球賽中兩隊(duì)分別穿著的不同球鞋

運(yùn)動場上關(guān)于鞋的故事有一千零一個。早期的帆布面硫化膠底鞋，笨重的幾乎只適合直線前進(jìn)的金屬頭足球鞋（圖2），柏林奧運(yùn)會上歐文斯的跑鞋，飛人喬丹氣墊鞋，斯坦·史密斯網(wǎng)球鞋，劉易斯的陶瓷釘鞋，瓊斯的“水晶鞋”，約翰遜的“金縷鞋” (圖3)，劉翔的“紅色魔鞋”，多少傳奇為人們耳熟能詳并津津樂道。運(yùn)動鞋的歷史，處處留下一個時代科學(xué)的腳印。

（2）喬丹在為自己的球鞋廠商做宣傳，球員與球鞋商之間微妙的互利關(guān)系

（3）圖組:帆布面硫化膠底鞋（右圖）金屬頭足球鞋（左圖）早期的運(yùn)動鞋并沒給球員很多的舒適感

26塊骨頭，33個關(guān)節(jié)，20塊肌肉，100多條韌帶，數(shù)以千計(jì)的神經(jīng)末梢和血管……誠如達(dá)·芬奇所言，人的腳是藝術(shù)和工程學(xué)的杰作。打從人類祖先在非洲草原直立行走后，我們便把體重完全交給了雙腳，讓它承受著比四肢動物成倍的負(fù)荷。盡管每年都有成噸的研究報告問世，我們卻至今仍沒有完全厘清在不同運(yùn)動狀況下腿、腳、鞋、地面之間微妙而復(fù)雜的相互關(guān)系（圖4）。

（４）腳部結(jié)構(gòu)

運(yùn)動鞋雖然琳瑯滿目，但基本原理是大致相通的。它的首要功能是吸收來自地面的震蕩。當(dāng)人的奔跑速度達(dá)到每秒6米時，腳掌承受的負(fù)荷約為體重的4倍，跳高跳遠(yuǎn)時增大為7倍，三級跳遠(yuǎn)中雙腳兩次直接和硬地碰撞，沖擊力峰值可達(dá)體重的20多倍，強(qiáng)烈的震蕩會傳到腳踝、膝部、髖部以至脊柱和大腦。感謝我們腳跟的脂肪墊和天然的“彈簧系統(tǒng)”腳弓有效抵御著這種傷害。現(xiàn)代運(yùn)動鞋將一種具有很高“受壓順從性能”的材料放置在鞋后跟， 讓它通過自身最大的變形量吸收沖擊動能。還有些運(yùn)動鞋將中底做成“華夫餅干”狀，有些在鞋底內(nèi)放置橡膠立柱和氣墊，起到汽車底盤下減震彈簧的作用。

當(dāng)籃球運(yùn)動員縱身而起，田徑運(yùn)動員腳下生風(fēng)時，一雙稱心的好鞋便如同兩只小小的“馬達(dá)”。運(yùn)動鞋的第二大功能是回輸能量。腳掌部位的聚氨酯等微孔發(fā)泡材料具有極強(qiáng)的彈性，鞋底在受壓變形還原時，能將吸收和儲存的能量釋放出來返還給腳掌。在周而復(fù)始的蹬伸過程中，就如同踏著一個微型的“跳板”了。這里的技術(shù)精華，是在鞋的彈性和穩(wěn)定性之間尋找平衡點(diǎn)，既要獲得理想的反沖力，又不能失去精確的空間感和“腳踏實(shí)地”的堅(jiān)硬支撐（圖5）。

（5）奔跑時制動和反彈的力

網(wǎng)球、羽毛球運(yùn)動員在場上驟起急停;乒乓球選手則頻繁側(cè)向躍動;“擲鐵餅者”少不了身體旋轉(zhuǎn);“劍客”們更多前后騰挪……運(yùn)動鞋的第三大功能是防滑。腳下的摩擦力是由鞋底與地面的法向力、摩擦系數(shù)和接觸面積決定的。從微觀角度看，由于地面的凸凹不平，往往和鞋底間只是有限的“點(diǎn)接觸”。高摩擦系數(shù)并且具有高延伸度的鞋底能在凸凹的地面產(chǎn)生彈性形變，增加接觸面，這就是所謂的“抓地性”。過去的金屬鞋釘在插入、拔出地面間會消耗能量，現(xiàn)代的鞋釘用尼龍、聚氨酯等復(fù)合材料制成，圓錐形、長方形、刀刃形等不一而足，鞋釘?shù)臄?shù)量和位置也能因人、因地而調(diào)整和改變。更有大量運(yùn)動鞋以不同排列的突脊代替了鞋釘。至于鞋底的花紋更是千變?nèi)f化，帶來不同方向上摩擦力的差異，以滿足不同運(yùn)動種類的需求（圖6）。值得提醒的是，人在運(yùn)動中的“剎車”過程是由動摩擦轉(zhuǎn)為靜摩擦的，腳落地后應(yīng)該有少許“滑動行程”，如果鞋的摩擦力大到一著地就紋絲不動，便容易崴腳和扭傷了。

（6）運(yùn)動鞋的結(jié)構(gòu)

至于運(yùn)動鞋扭力系統(tǒng)對腳形和動作的矯正，鞋幫對腳踝的支護(hù)，通過氣孔的“呼吸”作用使鞋內(nèi)透氣和吸濕，都是可圈可點(diǎn)的設(shè)計(jì)。不同的運(yùn)動項(xiàng)目幾乎都有自己的專用鞋。要想分門別類略加描述也是一本專著的容量。

不過足球鞋是特別值得單獨(dú)一提的。踢球全憑一雙腳，腳又全指望一雙鞋。每場比賽下來，足球運(yùn)動員跑動萬米左右，拼搶時需達(dá)到百米沖刺的速度。更重要的是，球鞋就是足球運(yùn)動員的“球拍”和“球棒”。接球、帶球、傳球、射門的力量都要通過球鞋發(fā)出，推、撥、挑、拖、扣等細(xì)膩的腳法都要通過球鞋完成。精確的腳感和“鞋腳合一”的境界是至關(guān)重要的。受到乒乓球拍上小膠粒的啟示，在足球鞋的邊緣加上橡膠的“仿腳趾”，齊達(dá)內(nèi)和貝克漢姆腳上的獵鷹球鞋能夠踢出每秒旋轉(zhuǎn)8圈的香蕉球。

一個世紀(jì)前的百米短跑成績平均每年提高0.015秒，如今已經(jīng)減緩到每年提高0.006秒了。人們越來越注重從跑鞋上發(fā)掘點(diǎn)滴的潛力。根據(jù)測試，跑鞋重量每增加100克，運(yùn)動員的體能消耗將增加百分之一，1991年東京田徑世錦賽上，美國短跑名將劉易斯打破百米世界紀(jì)錄時的跑鞋只有115克重;2000年悉尼奧運(yùn)會上，“田壇阿甘”邁克爾·約翰遜的“金縷鞋”重量僅116克，瑪麗安·瓊斯的“水晶鞋”則只有99克（圖7）；加拿大“黑豹”貝利的跑鞋被形容為“帶釘?shù)囊m子”。人們不免生出疑問，為什么有些運(yùn)動員競賽中脖子上可以掛著沉甸甸的金項(xiàng)鏈，卻對鞋子的重量如此錙銖必較呢？看看百米跑道上那些快速翻飛的雙腳就會發(fā)現(xiàn)，每個運(yùn)動員的后跟都幾乎觸及到了臀部，折疊起小腿能縮短以髖關(guān)節(jié)為軸的轉(zhuǎn)動半徑，從而減小轉(zhuǎn)動慣量增加轉(zhuǎn)動的角速度。而雙腳處在小腿繞膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑的最遠(yuǎn)端，因此鞋子重量些微的減輕，都會帶來腿部轉(zhuǎn)動慣量明顯的減小。這對于以每秒20米速度交替劃著弧線的雙腳無疑是莫大的“減負(fù)”。

（7）奧運(yùn)會上瑪麗安·瓊斯的“水晶鞋”

波蘭每年都會舉辦一次“庫索辛斯基國際田徑賽”，紀(jì)念二戰(zhàn)中被德國納粹殺害于戰(zhàn)俘集中營的優(yōu)秀波蘭運(yùn)動員雅努什·庫索辛斯基。1932年洛杉磯奧運(yùn)會上庫索辛斯基奪得10000米金牌后，他雙腳血肉模糊以致脫不下鞋子的一幕永遠(yuǎn)給人們留下最沉重的嘆息。“鞋子舒不舒服只有腳知道”，難怪體育界一句名言說“穿錯了鞋就是災(zāi)難”。1968年墨西哥奧運(yùn)會前，背越式跳高的的發(fā)明者福斯貝里收到阿迪達(dá)斯公司從歐洲寄來的運(yùn)動鞋，但他只試了一下就原封退回了。殷勤的商家堅(jiān)持不懈對鞋反復(fù)修改，直到第四次寄給福斯貝里才被愉快接受。今天的體壇明星有福了，許多廠商爭相為他們量腳定做“獨(dú)一無二”的運(yùn)動鞋。事先由專家組花費(fèi)數(shù)年時間動態(tài)跟蹤和研究運(yùn)動員的特征，取好精確的腳模。將三維動作捕捉、壓力傳感測試、紅外線成像和激光掃描的各種數(shù)據(jù)輸入電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)。再和運(yùn)動員共同商討和反復(fù)試驗(yàn)以求盡善盡美。這種體育明星和大牌廠家的“共生關(guān)系”畢竟促進(jìn)了運(yùn)動成績的提高和制鞋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展（圖8）。

（8）2000年悉尼奧運(yùn)會上約翰遜手拿“金縷鞋”

奧運(yùn)百年來，體育已經(jīng)成為尋常百姓生活的一部分，運(yùn)動鞋也不再是體壇精英的專寵。今天世界上的運(yùn)動鞋比天上的星星還多，幾乎每條小路都有運(yùn)動鞋走過，它改變了這個行星上人類跫然的足音。