運動器材大演進

讓殘障人士戰勝健全人

南非著名的“刀鋒戰士”皮斯托留斯天生沒有腓骨，借助奧索公司的假肢參加國際田聯黃金聯賽，竟然在400米比賽上跑出了46秒90的小組第二名的好成績，這個成績甚至已達到了奧運會女子400米決賽階段的水平。他那條名為“獵豹”的假肢造價高達1.5萬英鎊，彈性遠勝于入體肌肉，而且永不疲倦。正常人后200米的速度遠遠不及前200米，而皮斯托留斯則剛好相反，他在后半程的速度無人能及，算下來比對手受快1秒34。

由于皮斯托留斯跑動所需能量只及健全人的751％，最終他還是被國際田聯禁止參加北京奧運會。盡管如此，高科技器材讓殘障人士戰勝健全人的事實無可否認，高科技對競技體育的促進由此可見一斑。

現今。世界上約有800多萬種人工化合材料，并且還在以每年25萬種的速度增長，其中輕質合金、聚合物、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷等被大量用于體育器材的生產和制造。跳水板由波音飛機的機翼材料帶Ⅱ成；僅重數磅的太空材料自行車造價高達百萬美元；經過風洞實驗的奧運帆船時速接近50節極限：聚酯弓弦可使射箭初速提高1倍；采用凱夫拉裝甲材料制成的運動頭盔等，正可謂“成千上萬的投入，就只為百分之一秒的產出”!

比箭更快的羽毛球和用球

靠人力運作的各種運動里，網球的平均速度最快，而羽毛球的瞬時速度最快。“人間大炮”羅迪克曾攻出246.2公里／小時的頂級ACE球，達到“歐洲之星”列車和F1的水平；而在2005年的蘇迪曼杯上，曾飆出每小332公里的曠世劈殺，“操刀者”為中國選手付海峰。能夠實現這樣高速的發球，不僅依賴于運動員的刻苦訓練，更是有賴于球拍材質的迅猛發展。早期木制的羽毛球拍質地疏松、缺乏彈現場且笨重易折，鋁合金、鈦合金材料的使用讓球拍整體性能大為改觀，此后，更輕捷的碳纖維材料壟斷了羽毛球拍制造業。而如今的國際先進技術已將納米級“弗拉綸”粒子滲透到碳纖維原子的間隙中，內置的T型接頭把拍框拍把連成一體，強化了整個球拍的堅固性和可控性，同時配有合成材料制作的拍弦也更加堅韌均衡和富有彈性，這些技術都讓羽毛球的超級瞬時速度成為可能。

撥動球拍的琴弦

網球拍與羽毛球拍類似，其制作材料也經歷了由木材到各種纖維的過程。由于網球重量是羽毛球的4倍，拍線受沖擊更大，運動員回擊一個時速200公里的來球受到的沖擊力相當于突然舉起110公斤的重物，因此強度大、重量輕的高科技球拍對保護運動員有著不可替代的作用。

另外，目前的高端網球拍多以牛腸線作橫線，人造纖維作豎線組合而成。由于前者的彈性和手感至今無法被人造纖維超越，大牌運動員都把使用牛腸線球拍看作身份的標志。但由于動物產品的耐久性差，人們便用尼龍、聚酯、卡夫拉等合成纖維作豎線增加強度，以產生互補效果。

但凡球拍都有個“甜區”，這是人體通過球拍最能發力的區域。球拍的科技含量高低就體現在甜區的大小上，此類技術主要掌握在少數廠家手中，比如WILSON、PRINCE和HEAD等。由于復合材料拍框能夠承受比木質拍框更強的網線拉力，所以拍頭的面積能做到原來的1.5倍，網線張力提高45％，“甜區”也就變得越來越大，把飄渺的“甜區”變為得分贏球的“甜頭”。由此，最陜發球紀錄不斷被打破，與其說是選手力氣越來越大，倒不如說是球拍越來越好。

撐桿更好跳得更高

科技對一項運動方式的顛覆和改變，最明顯的例子是撐桿跳高。人類撐桿跳高的紀錄從2.92米到現在突破6米，絕大部分原因是對材料力學的運用。最新的碳纖維撐桿共有3層，最外層是強力的碳纖維，這種材料可以保證撐桿既結實還有很強的柔韌性，最里層則是繃帶狀的玻璃纖維，它能夠保證撐桿不會斷裂。

撐桿跳起初不過是古代士兵撐著長矛越過矮墻或跨過溪流的游戲，還有人撐著木桿躍上高大的馬背。由于顯得特別實用，它在第一屬奧運會中就被正式吸收為比賽項目。當時的撐桿由山胡桃木制成，結實沉重，現在很多實木地板都是由這種木材制成，同時它也是做鼓槌的好材料。可拿它做撐桿卻不合適，缺乏彈性、儲能本領差的特性讓選手的動能大多被浪費，所以跳出的最好成績也只有3.3米。

那么利用撐桿，人類到底能跳多高呢?我們先來做個小計算。撐桿說白了是個能量轉換器，把人的動能轉化為勢能，速度轉化為高度。根據能量守恒定律可以大致計算出撐桿跳的極限高度。如今人類的瞬時速度最高為博爾特在2009年柏林世錦賽百米沖刺時創造的43千米／小時，假設動能完全沒有損失，將其全部轉化為勢能，博爾特將能越過7.28米的桿。但撐桿跳選手不是百米飛人，何況要手握橫桿，跑出10米／秒已相當不易，所以合理的極限高度在5.1米左右。

超越理論極限

竹竿取代木桿，是撐桿跳歷史上的重大進步。竹子中空，比木頭要輕，利于助跑，竹子的彈性更提高能量的轉化效率，竹竿在提高成績方面是名副其實的“立竿見影”。

二戰后。由鋼鋁合金和玻璃纖維制成的撐桿先后出現。1963年，世界紀錄超過5.1米的極限，達到5.28米。既然是極限，為什么還能被超過?這是因為運動員騰空后并非無所作為地等待拋擲，而是繼續動作：懸垂擺體、后仰舉腿、引體倒立……借助“強弩之末”的撐桿重新獲得能量，故而能越過的5.1更高的橫桿，這也是有人把撐桿跳高比作“跳高加體操”的原因。

玻璃纖維桿由于重量大大減輕，運動員持桿助跑速度猛增；柔性纖維落地不是硬碰硬，更像是壓縮彈簧，把動能先化為彈性勢能再化為重力勢能。彎曲性能良好的桿讓人與支點距離更近，轉動半徑明顯縮短，豎起的力矩大大減少，以前只敢握在橫桿的4米位置，現在則敢握在5米位置了，成績自然會提高。

烏克蘭“撐桿跳沙皇”布勃卡就是用玻璃纖維桿超越的6米大關，1994年，他在意大利叉一舉越過6米14，幾乎是第一屆奧運會撐桿跳高度的2倍。如今撐桿發展到了第四代，玻璃纖維和尼龍已經被性能更優越的碳素纖維和復合材料取代，而且撐桿會根據受力差異來設計不同部位的材質，讓整體性能最優。

號稱“女布勃卡”的俄羅斯運動員伊辛巴耶娃也是碳纖維桿的受益者，早期的體操基本功不但賦予了她過人的膽量，也使她嫻熟地掌握了撐桿跳中的技巧，把“雙鐘擺”效應(指人與撐桿以桿觸地一端為支點進行第一層擺動，而人在桿上又以肩關節為支點進行第二層擺動)發揮得淋漓盡致，最終成就了她無人能及的5.05米記錄。

千掉自行車的空氣阻力

通常來說，人體的最大功率約為700瓦，但優秀運動員卻有可能超過千瓦，接此計算，騎自行車的時速能夠達到80公里，但現實卻是世界冠軍的車速也不過就是60公里。這是因為，在光滑平坦的道路上，制約自行車速度有一個最大的因素：空氣。而且空氣造成的風阻和速度的平方成正比，當車速度達到每秒11米時，空氣阻力便占前進總阻力的80％，而當時速達到50公里時，這個比例上就會升到90％。

減少空氣阻力最有效的措施是減少人與車在前進方向上的截面積，這取決于人的騎姿和車身形狀。雖然有人曾設計過最符合空氣動力學的“斜躺式”自行車，但目前尚未被國際自行車聯盟承認，要想參賽還得騎傳統模樣的自行車。所以民間管賽車又叫“趴賽”，因為羊角把的設計拉低了坐姿，好像趴在車上一樣，大大減少了截面積。而車架管材截面從圓形改為水滴形，選手佩戴水滴形頭盔以及穿著光滑的緊身賽服等，也都是考慮到形狀對空氣動力的影響。

更重要的是減重

更高級的技術在于減重，重量是提高速度及加速度最大的障礙。從木制自行車，到鋼制自行車，再到曾被稱為“唯一合適材料”的鈦材料自行車。直到最終的碳纖維車的問世，自行車的發展一直遵循著“保持車身強度的前提下減輕重量”的原則。1992年巴塞羅那奧運會，鮑德曼為英國隊奪得72年來的第一塊自行車金牌，他的那輛全碳素自行車總重還不到9公斤，而一輛永久牌的自行車則最重達50公斤!

比車架影響更大的是車輪重量。沉重的車輪會產生巨大的轉動慣量，這就是為什么賽車車輪只有指頭般粗細的原因。為了減重就要錙銖必較，甚至胎內充氣都要改用氦氣，氦氣的分子量比氫氣大不了多少，比空氣可是要輕多了。

另外還有輻條，場地賽車通常不用輻條，而是沒有縫隙的盤狀車輪，這似乎不太符合減重的初衷，但輻條在轉動中會攪動巨大的氣流漩渦，所以運動員總抱怨車條就像攪蛋器，更何況車輪頂部的速度是車速的2倍，阻力是車輪底部的4倍。封閉設計能減少渦流。風洞試驗表明，自行車在50公里時速下，阻力每減少1％，每10英里就能領先15米!

在體育運動中，還有更多的項目，正在被科技重新塑造。