科技奥运与运动材料
发布时间: 2005-10-20 | 作者: | 访问次数: 196

 

科技奥运与运动材料
 
        如今的奥运比赛已不再是低技术含量的体育运动,从撑杆跳运动员的鞋、游泳运动员的泳衣、自行车比赛用车等器械和服装,可谓里里外外、上上下下、各个部位都充满了高科技,“更快、更高、更强”的奥运会业已变得“更科学”了。
 
1.跑道与跑鞋
        利用塑胶跑道改善和打破人类运动的纪录,是现代体育的一个经典。在人类体育史上,石块地、泥地、沙地、草地和煤渣地(跑道)等都是人们展现自己运动才能的基本环境和场地,但科技发展到今天,人类好像找到了更为优异的场地,比如聚氨酯塑胶跑道就是目前国际上公认的最佳运动地面。塑胶跑道厚度一般为13毫米,其优点是,弹性好、耐磨、防滑、色彩美观、场地清洁、易于维护管理、不受气候等条件影响。这种场地平坦均匀,可吸收震动,弹跳自如,运动员若跌跤还能减少受伤程度;并且,跑道平坦、不滑、有弹性,还有助于运动员释放生理体能,提高成绩。另外,在心理上,由于跑道色彩鲜艳美观,给运动员一种舒适感,可振奋精神、提高竞技水平。无数大型国际赛事表明,运动员100M短跑在聚氨酯跑道上要比在煤渣跑道上快0.2~1.03S,而跳远成绩可提高20~30CM。
        跑道将来的发展可能是关注运动员在训练和比赛时和跑道的相互作用,研发更加先进的材料,用来降低伤害发生率。
        利用科技手段改造运动鞋也是创造新纪录的有效手段。在1991年的东京田径世锦赛上,美国运动员刘易斯以9S86的成绩打破百米世界纪录,人们普遍认为他穿的跑鞋是重要的“功臣”。他那双鞋经过运动力学、医学专家和鞋匠的精心设计,只有115K重,鞋底镶着轻盈而坚固的陶瓷鞋钉。由于陶瓷耐磨而且钉子附近无任何黏附物,鞋的重量减轻了20K,这就为他打破100M世界纪录打下了坚实的物质基础。在奥运会赛场上,跑鞋与高科技的完美结合远远超过了泳衣,它已经成为更新换代最快的运动装备了。在上届奥运会中,美国男女飞人迈克尔·约翰逊和玛丽安·琼斯分别穿上了耐克公司科研人员耗时3年制成的“金缕鞋”与“水晶鞋”。两款鞋重量轻、弹性强,大大提高了两人的竞技水平。
长跑鞋 地中海的阳光会令雅典公路表面灼热,因此,阿迪达斯将这种鞋的内底和侧带都垫上了金属衬箔,以反射热量。这双鞋仅重14盎司。
短跑鞋 短跑鞋是越轻盈越好,因此,锐步公司为它每双仅重11.2盎司的短跑鞋制造了聚氨酯鞋面。设计师将鞋的外层和鞋底夹层熔为一体,省去了接缝和缝线的重量。
跑鞋的发展趋势:
(1). 研究以“橡胶机理”的冲击吸收材料,从而提供比EVA更好的冲击吸收平衡能力和更好的稳定性;
(2). 新颖的特性设计,如色彩、造型等;
(3). 各种可以增加空气动力在鞋内流动手段的尝试,以方便将温和排汗;
(4). 跑动中的脚部组织变形的观察技术的进步。
 

2.撑杆跳的杆与鞋   

        曾经,用沉重、没有弹性、容易折断的木杆跳出来的成绩是3.30M;1905年运动员开始使用重量较轻、有一定弹性的竹竿,最高成绩达到4.77M;1930年运动员使用较为坚固的金属铝制杆,这是一个历史性突破,因为减少了撑杆折断的后顾之忧,运动员可以提高握杆点,加快助跑速度,成绩便突破到4.8M;当材料力学与新型材料结合后,1948年人们创造出了重量更轻、弹性更强的玻璃纤维杆,人类的撑杆跳成绩一下子突破6.0M极限。

        耐克设计师与美国前大学撑杆跳选手廷克·哈特菲尔德及其兄弟托比,用玻璃纤维制作了一种鞋,即注塑成型的鞋底从后向前逐渐变薄,鞋跟部厚17MM,脚趾处仅厚7MM,借此来减轻短跑时跟腱的压力,并增加起跳的稳定性。鞋面由Aeroply材料制成,这是一种透气性和延展性都很好的热塑材料,因此一双鞋的重量不到14盎司。
 

3.仿鲨鱼皮泳衣  

         在雅典奥运会男子200米自由泳决赛中,澳大利亚“鱼雷”伊恩·索普力压荷兰名将霍根班德和美国新秀菲尔普斯,获得了一枚金牌。比赛时,索普依旧穿着那身从上到下一水儿黑的联体泳衣。霍根班德的教练认为,正是这身“黑皮”帮助索普在两届奥运会上疯狂地夺金揽银。索普在本届奥运会穿着的已经是阿迪达斯“喷气概念”联体泳衣的第二代产品。

        有人认为不穿泳衣的裸泳会游得更快,因为一是少了泳衣的重量负担,二是没有了泳衣的阻力。然而实验证明,不穿泳衣的阻力比穿泳衣要大9%,泳衣可以使身体变成流线型,阻力更小。1950年,可以自由伸缩的尼龙泳衣风靡世界,而且泳衣的样式不断变化,其主要原因在于都遵循一个运动力学原理——物体越呈流线型,阻力越小,速度就越快。所以1976年,杜邦公司以阻力更小的聚氨酯纤维制作泳衣。
  真正的突破是“鲨鱼皮”泳衣的问世。科研人员以特氟纶纤维为原料制成“鲨鱼皮”泳衣,突起的高度和宽度都经过了严格测算,同时该面料上还添置了身体观测系统,可以记录运动员的特征,使泳衣更舒适。泳衣制造商一致认为,即使最出色的游泳运动员也有92%的能量浪费在克服三种阻力上:摩擦阻力、压差阻力和水波阻力。克服哪种阻力最重要?如何减少各种阻力的影响?在激光模拟和计算机流体力学软件的帮助下,著名泳装品牌斯皮多公司(Speedo)的设计师们认为,摩擦阻力是最容易克服的。为了消除这种阻力,他们发明了两种独特的纤维——Fastskin和Flexskin,并用它们模仿鲨鱼皮肤的机理制成泳衣。他们用电脑扫描了450名优秀运动员的身体,根据他们身体尺寸的平均值制造了一个人体模型,然后在新西兰奥塔戈大学的一个游泳池里进行试验。斯皮多公司称,身穿这种泳衣,如果游泳者采用速度最快的姿势,所受的总阻力可减少4%。
 

4.自行车 

        自行车运动员是夏季奥运会上最大的傻瓜,而且对这一点无可奈何,因为他们如此依赖于一部将动力消耗在东摇西晃和克服气动阻力上的机器。这意味着自行车手喜欢挑选自己所用的每个部件,对所选部件的分析精微到毫米之差。

  自行车材料经历了如下历程:从1940年左右的木制自行车,到1870年左右的钢制自行车,以及到后来的被称为“做自行车的唯一的合适材料”的钛材自行车。21世纪什么样的材料更适合制造自行车呢,人类开始了新的探索。专用自行车部件公司(Specialized)将碳化纤维做成的叉骨形上架与铝质底架焊接在一起,就构成了一辆横向稳如磐石、纵向弹性良好的自行车骨架。而且它还很轻,只有2.8磅重。而米其林公司研制出一种最终抛弃了内胎的自行车轮胎。车胎的气门拧入车轮里面,轮胎卷边与轮圈密合。爆胎的几率因此而降低了。
 
5.科技足球 
        正如英国足球史学家比尔·莫瑞所说,“地球在缩小,足球在放大”,科技进步改变着人类社会的点点滴滴。
        中国是足球起源之乡,关于足球的制作材料,唐人徐坚在《初学记》里记载说,“蹴鞠曰球戏,古用毛纠结为之,今用皮,以胞为里,嘘气闭而蹴之。”也就是说,当时人们已经开始用动物胞衣作为内胆,再用嘴吹气后将气口封上,而后用皮革制成外壳。而现代足球的演变是从英国开始的,根据记载,第一个“球”是一个被杀死的丹麦土匪的头颅。而真正意义上的现代足球是用皮革制成的,里面有一个橡皮内胆。这种足球的最大问题时,当足球在潮湿环境下使用时,球容易吸收水分,因此会变得沉重并且难于控制。典型的现代足球是采用天然的橡胶做内胆外包聚氨酯并采用多层制作以及加强衬里。
 
        2002年足球世界杯指定用球“飞火流星”,其设计、开发、制作全部在德国的阿迪达斯足球实验室完成,所有2002年世界杯比赛用球也都将在摩洛哥用手工缝制而成。他们认为,“飞火流星”是迄今为止精确度最高的足球。尽管事后,“飞火流星”让诸多世界顶极球星感到不便,但不管怎么样,它毕竟代表了一种科技的进步。
它全部是用人工合成材料制成,足球表面那层厚度仅为3毫米的合成革,其中就包括了高固化聚氨酯、透明聚氨酯涂层和“微泡混合塑料”以及天然橡胶总共多达10层的材料有机结合而成。据生产微泡混合塑料的德国Bayer公司介绍,这种材料由许多直径仅为0.1毫米,大小均匀、高弹性、抗冲击力极好的微型气囊组成,这些微型气囊排列规则,密度高达每平方厘米数万个。除了微泡混合塑料,在球中部的空气球胆周围还有一层网状物,这是一层非常柔韧的加强型材料。阿迪达斯公司称之为“拉歇尔经编针织物”。运动员踢球的时候,这层网状物可以防止足球变形,从而使球在飞行过程中的运动方向不会发生改变。 

2005 COPYRIGHT ALL REVSERVED