探討體育器材中先進(jìn)材料的使用對(duì)競(jìng)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(jìn)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(jìn)材料，不但使體育器材性能增強(qiáng)，而且使運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)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(jìn)材料，且明確了使用的先進(jìn)材料對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展形成的影響作用。

關(guān)鍵詞：體育器材;先進(jìn)材料;競(jìng)技體育;影響

中圖分類號(hào)：TQ050.4⁺3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）05-0122-03

體育器材通過機(jī)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(jì)。為了確保運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的提升與安全性，最為理想的體育器材設(shè)計(jì)涵蓋了很多學(xué)科的知識(shí)，像是材料科學(xué)、力學(xué)理論、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)等。為此，在設(shè)計(jì)體育器材時(shí)，不但應(yīng)有效兼顧材料的減震性、密度、韌度、強(qiáng)度等，而且應(yīng)兼顧材料的安全系數(shù)，從而確保運(yùn)動(dòng)員不會(huì)受到傷害。下面，筆者主要對(duì)體育器材中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要地分析。

1自行車中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)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(gè)被改造的空間框架，其骨架是菱形結(jié)構(gòu)的。對(duì)于骨架材料的選擇，應(yīng)注重其強(qiáng)度設(shè)計(jì)。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(qiáng)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。基于山地自行車對(duì)穩(wěn)定性的要求，業(yè)已生產(chǎn)制造強(qiáng)化玻璃釬維尼龍的圓盤車輪。針對(duì)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(dòng)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(shí)，在自行車中應(yīng)用碳纖維可以使運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)大大提升。

2網(wǎng)球球拍中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響

作為一項(xiàng)十分受青睞的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)而言，其在大概30年前應(yīng)用的是木質(zhì)球拍，在級(jí)別與水平較高的比賽中，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)用的球拍材料是加蓬欖木、木岑木等。在上個(gè)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(xiǎn)性振動(dòng)減緩。當(dāng)今，網(wǎng)球拍重點(diǎn)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?yàn)楦哂捕鹊奶祭w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(shí)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(jìn)去），球拍柄的組成部分是一個(gè)軟質(zhì)內(nèi)核、很多層強(qiáng)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(qiáng)度，當(dāng)“甜點(diǎn)”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(qiáng)度增加。

3運(yùn)動(dòng)鞋中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響

在一系列的體育運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，時(shí)時(shí)處處都可以見到新科技的運(yùn)動(dòng)鞋，其不但對(duì)運(yùn)動(dòng)者的安全與健康形成保護(hù)，而且直接決定了運(yùn)動(dòng)的效果。像是在田徑運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員的比賽常常嚴(yán)重受到運(yùn)動(dòng)鞋的影響作用。針對(duì)運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度等。結(jié)合科學(xué)試驗(yàn)的分析證實(shí)，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員的體能消耗將提升1%，特別是針對(duì)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(duì)鞋釘?shù)挠嘘P(guān)形狀和位置進(jìn)行合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)。再者，除球員自身之外，具備高科技水平的運(yùn)動(dòng)鞋也常常是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的最大亮點(diǎn)。其中，Adidas設(shè)計(jì)的“奇釘”大大地改變了足球鞋底的設(shè)計(jì)理念，puma在設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(duì)足球進(jìn)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(yùn)球的過程中顯得十分重要。動(dòng)態(tài)貼合高幫鞋領(lǐng)具備尤為理想的貼合感，這大大改進(jìn)與完善了外形輪廓，使球鞋變成延展足部的感覺大大增強(qiáng)。mercurial superfly中非常關(guān)鍵的重大改進(jìn)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(qiáng)大的反作用力效果，進(jìn)而在比賽過程中可以實(shí)現(xiàn)理想的比賽成績(jī)。

4泳裝中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響

在早期的分析中，荷蘭的專家證實(shí)跟不穿泳衣進(jìn)行游泳形成的阻力要小于穿泳衣進(jìn)行游泳形成的阻力。如此的結(jié)論表明改進(jìn)泳衣的價(jià)值和意義。在漢城奧運(yùn)會(huì)上，美國(guó)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(guó)對(duì)也打破了4×100m混合泳和自由泳接力、4×200m自由泳接力等項(xiàng)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(jìn)步，為了確保順著身體表面流動(dòng)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(shì)和方向是實(shí)現(xiàn)身體凹凸性的提升，以及避免運(yùn)動(dòng)員穿著的泳衣中進(jìn)入水，換言之，盡管泳衣中可以進(jìn)入水，可是也可以迅速地排出水分。除此之外，能夠確保運(yùn)動(dòng)員的身體呈現(xiàn)為美麗的流線型。在2000年的時(shí)候，速比濤公司對(duì)鯊魚皮膚進(jìn)行了研究，從而設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)水流摩擦力的顯著降低，最終確保運(yùn)動(dòng)員可以迅速地游泳。結(jié)合此理論，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員往后劃水的過程中，鯊魚皮泳衣可以為其帶來動(dòng)力，在接縫位置模擬人的肌腱。與此同時(shí)，根據(jù)激光檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)員身體的數(shù)據(jù)信息，通過特氟綸纖維（不親水的特點(diǎn)）精心設(shè)計(jì)了泳衣，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的三維化，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)員的腳踝和手腕進(jìn)行嚴(yán)實(shí)地包裹。不但這樣，如此的泳衣還對(duì)人皮膚予以模仿，使用彈性的布料。事實(shí)證實(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員游泳時(shí)能夠降低3%的水阻力，進(jìn)而讓運(yùn)動(dòng)員可以在千分之一秒的時(shí)間中取得比賽的勝利。

5撐桿跳撐桿中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響

在上個(gè)世紀(jì)50年代末的時(shí)候，基于科技的不斷進(jìn)步，撐桿比賽獲得了良好的發(fā)展機(jī)會(huì)。在雅典奧運(yùn)會(huì)（1896年）中，撐桿跳借助竹竿可以達(dá)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(jī)樹脂與玻璃纖維的粘合）具備彈性大、承載能力強(qiáng)、耐用、重量輕等優(yōu)勢(shì)，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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員能夠借勢(shì)往上轉(zhuǎn)換桿的形變能量。應(yīng)用這種技術(shù)，美國(guó)運(yùn)動(dòng)員在上世紀(jì)20年間（60至70年代）一直是這方面的佳績(jī)創(chuàng)造者，取得了世界性的壟斷地位。在上個(gè)世紀(jì)80年代時(shí)，歐洲逐步取得了撐桿跳的優(yōu)勢(shì)，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(yùn)動(dòng)員在1985年應(yīng)用新碳纖維撐桿取得了6m的好成績(jī)。為了可以在一系列的極限運(yùn)動(dòng)中取得佳績(jī)，當(dāng)前世界的體育競(jìng)爭(zhēng)中各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都注重科技的應(yīng)用，這表現(xiàn)在體育器材和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練上，而先進(jìn)的材料和高新技術(shù)是其中的一個(gè)關(guān)鍵因素。其中，作為國(guó)際性的撐桿跳比賽而言，恰恰是因?yàn)閼?yīng)用了精度高的混合物撐桿，才一次又一次地取得了佳績(jī)。

6體育場(chǎng)地中先進(jìn)材料的使用及其對(duì)競(jìng)技體育發(fā)展的影響

毋庸置疑，體育場(chǎng)地表面的材料會(huì)從一定程度上影響選手的比賽成績(jī)，以及影響選手的比賽舒適感和生物力學(xué)特怔。一是運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)的過程中，其身體肌肉會(huì)持續(xù)收縮和發(fā)力，這會(huì)沖擊運(yùn)動(dòng)員身體的肌肉或某個(gè)部位，進(jìn)而使其形成運(yùn)動(dòng)傷害。為此，競(jìng)技體育比賽對(duì)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(jìng)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(shì)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(duì)其身體進(jìn)行保護(hù)。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(shí)現(xiàn)理想的消音效果，這樣一來，在體育競(jìng)技比賽時(shí)地板的震動(dòng)情況基本不會(huì)出現(xiàn)。二是由于競(jìng)技體育比賽的目標(biāo)是更強(qiáng)、更快、更高，因此在競(jìng)技體育的發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中，所有的有關(guān)的體育工作者都想在改進(jìn)和優(yōu)化材料設(shè)施的基礎(chǔ)上提高選手的競(jìng)技體育比賽成績(jī)。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(qiáng)，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(shì)在于可以使選手的蹬地能力大大提升，進(jìn)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(jī)。

7結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(jìn)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(jī)，并且能夠推動(dòng)競(jìng)技體育的良好發(fā)展。