不同鞋底設計運動鞋對運動員原地起動的力學影響

陸毅琛

(浙江萬里學院 文體部，浙江 寧波 315100)

·運動生物力學·

不同鞋底設計運動鞋對運動員原地起動的力學影響

陸毅琛

(浙江萬里學院 文體部，浙江 寧波 315100)

30名大學生運動員穿著兩款不同鞋底設計(氣墊夾層和純EVA材質)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。研究發現：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計并不能給運動員原地起動動作帶來差異顯著的力學影響。

鞋底設計；原地起動；力學影響

運動鞋的核心科技幾乎都表現在鞋底設計上，國內外各大運動鞋廠商紛紛運用其專利性的鞋底設計來炒作概念，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計，比如耐克的鞋底氣墊夾層設計，風靡全球。但是，這樣的鞋底設計除了落地動作外，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？本研究試圖通過生物力學的實驗，驗證這兩款鞋底設計對運動員原地起動動作的力學影響。

1 研究方法

1.1研究內容

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名體育學院在讀大學生運動員，健康狀況良好，足部功能和形態完好，無足部疾病和足部運動障礙，經過實驗前這兩項動作的培訓，強調要點和穩定性，保證獲得的數據具有較高的可靠性。

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

1.3測試儀器設備

業界公認的權威儀器：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，并通過BioWare Version軟件進行統計與分析。縱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參數，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，落地時兩腳穩定落在縱跳臺平臺上，此時，系統根據獲得的動力學參數自動計算起跳高度，并記錄此次縱跳高度的數據。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，保持身體重心穩定。為了避免受使者個體間的反應時間差異對實驗結果的影響，而先開啟系統后給受使者信號，受使者聽到信號后可以隨時自主觸發起跑，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據。有效數據截取是從受使者原有穩定的身體重心狀態即作用力發生顯著變化為開始，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 研究結果與分析

2.1雙臂固定原地縱跳高度測量的結果與分析

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材質設計運動鞋是52.20±4.99(cm)，而穿鞋底氣墊夾層設計運動鞋是51.73±4.82(cm)。(見表1)

參考表2數據，分析認為受使者穿這兩款不同的鞋底設計運動鞋對他們的縱跳表現沒有顯著性影響。

表1 縱跳高度的基本描述統計量

表2 縱跳高度的兩配對樣本t檢驗結果

2.2站立式原地起跑時間測量的結果與分析

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

參考表2數據，分析認為受使者穿這兩款不同的鞋底設計運動鞋對他們的起跑表現沒有顯著性影響。

表3 起跑時間的基本描述統計量

表4 起跑時間的兩配對樣本t檢驗結果

3 結 論

通過生物力學實驗測量研究發現這兩款不同的鞋底設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動作的影響差異并不顯著，由此，可以判斷不同鞋底設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影響，一些廠商炒作的概念性鞋底設計并非像其廣告中形容的這么全面和有效。

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

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[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.