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跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

2019-01-14 10:33 出处:马拉松专题网 人气: 评论

资料图。

资料图。

  我们在讲到跑鞋性能时,一般来说最关心两个方面,一是缓震,二是支撑

  所谓缓震也即缓冲着地时所受到的冲击,由于跑步具有双脚腾空期,所以着地时,人体(主要是足)会与坚硬地面发生撞击,跑鞋缓冲性能越好,就能减少这种撞击对于人体的不利影响;

  所谓支撑也即着地时脚会发生极为复杂的偏转,专业术语称为内翻或者外翻,内外翻本来是正常现象,但如果内外翻过度或者不足,都有可能使得人体遭受异常应力的作用,而支撑良好的跑鞋可以减少过度内外翻,从而保护人体。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  近两年,除了缓冲和支撑,一个新的跑鞋性能指标——回弹开始引发跑者关注,从字面上跑者就比较容易理解回弹;

  意思就是在着地期,鞋底夹层材料因为富有弹性会受压变形,这样就能够储备弹性势能,而在蹬伸阶段,压缩变形的弹性材料在恢复原有形状的同时,释放储存的弹性势能。

  换句话说,跑鞋的回弹似乎可以提供某种“助力”效果,那么,回弹真的能像鞋底装上了弹簧一样的,让你跑起来更省力更轻松吗?

  一、从原理上理解跑鞋对于提升跑步经济性的作用

  人类在追求更高、更快、更强的道路上永不止步,跑步作为速度性运动项目,怎样跑得更快自然是焦点,从运动生理学角度而言,长距离跑步的速度由三方面决定,分别是最大摄氧量、乳酸阈、跑步经济性。

  最大摄氧量是指:人体在全身大肌肉参与的长时间运动中,所能达到的摄取氧气的最大水平,摄氧量越高,则耐力越好,速度越快,普通人这个值在35-55ml/kg/min左右,优秀运动员可以达到55-75ml/kg/min;

  乳酸阈则是:人体从有氧运动到无氧运动的临界点,在跑步运动中,人体不可能长时间处于无氧高乳酸状态,在乳酸没有明显堆积的临界点,也即乳酸阈强度进行运动,是人体所能达到的长时间跑步的最大速度,乳酸阈所对应的速度越快,则代表耐力越好;

  跑步经济性则是指:跑步省力程度,在同等速度下,跑步越省力,功率输出值越低,心率越低,则代表跑步经济性越好;

  这就如同甲乙两部汽车,甲车一箱油能跑300公里,乙车一箱油能跑350公里,乙车的经济性就比甲好。

  用更直白的话说,就是在同等速度下,跑得越轻松、越不喘才代表跑步经济性好。

  二、跑鞋的回弹是由什么决定的

  上述决定长跑速度的三大因素中,跑鞋能够影响的就是跑步经济性,也就是说一双好的跑鞋可以提升跑步经济性,让你跑得更轻松更省力。

  决定跑鞋对跑步经济性影响的因素同样也是三个:跑鞋重量、缓冲性能、纵向弯曲硬度。三者相互影响,相互制约。

  跑鞋重量大家很容易理解,轻量化的跑鞋可以大大减少跨步过程中鞋的重量所带来的惯性,从而减少跑步能耗,提升跑步经济性。

  从这个意义上说,赤足跑步由于不穿鞋,可以将鞋重量所带的惯性完全消除,但问题是不穿鞋跑步时,着地时将缺乏鞋的缓冲,跑者将不得的动用更多足部、小腿等肌肉来进行缓震,这就增加了肌肉用力,又导致能耗增加。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  缓冲则是主要是靠鞋底夹层的缓冲材料实现,鞋底夹层也是各大跑鞋厂家PK的主要战场,各种材料科技大行其道并且不断推陈出新,推动了跑鞋科技含量越来越高。跑鞋缓震好不好主要看鞋底夹层材料的顺应性好不好。

  所谓顺应性就是指弹性体在外力作用下发生形变的难易程度,表现鞋底夹层的柔软度。

  顺应性越好的跑鞋在着地时形变越多,也就是跑者所谓的“踩屎感”,这就可以充分吸收地面冲击力从而保护人体。

  顺应性最直观的体会就是在海滩边踩着沙子走路,脚会陷下去,沙子根本无法提供回弹,所以海滩上跑步特别累。

  但是,绝大多数鞋底的缓震材料并非绝对标准的弹性体,而是黏弹性体,也即当外力去除之后,并不能立刻恢复原有形状。

  换句话说,跑鞋的回弹都不会特别充分,这就导致为受压形变所储备的弹性势能并不会100%回馈给人体,其中还有一部分会以热能的形式转化,回弹率越高,则代表弹性势能损耗越少,回弹越充分。

  一般而言,缓冲越多的跑鞋相对而言,弹性势能损耗越多,回弹相对会减少,也即顺应性和回弹性是一对相对的矛盾,这也是鞋厂拼命努力的地方,鞋底夹层又要缓冲又要产生充分回弹。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  另一方面,鞋的纵向弯曲硬度也跟回弹有关,所谓纵向弯曲硬度就是指一手抓住鞋前掌,一手抓住鞋跟,去弯折跑鞋,看看是否容易发生弯折。

  如果很容易弯折,比如阿迪达斯的boost系列,说明鞋的纵向弯曲硬度小,而如果弯折很费劲,则说明弯曲硬度大。

  正如前文所说,如果一双跑鞋过于缓震,则弯曲硬度容易变得很小,带来的问题就是回弹损失多。而不容易弯折的鞋则因为形变相对较少,则相对而言可以提供更多的回弹。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  所以一双跑鞋又要轻量化,又要缓冲,又要回弹,想实现三者完美统一是不可能完成的任务。

  举例来说,想要跑鞋变得很轻,所用材料就要少,所用材料少,就会导致缓冲不足,专业马拉松运动员因为力量强,速度快,所以他们会选择最轻,但缺乏缓冲的马拉松竞速跑鞋,而大众跑者如果穿着竞速跑鞋跑步,就很容易后半程因为缺乏保护而发生足底等部位疼痛

  亚瑟士跑鞋以缓冲见长,缓冲好就意味着所用的缓冲材料更多,带来的问题就是跑鞋比较沉;

  以亚瑟士卖得最好的KAYANO系列为例,其重量就相对比较重,缓震不错但比较笨重,一些体重较轻的跑者会“压不住”跑鞋,而让跑步变得更加费力。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  三、用耐克破2跑鞋来解释回弹

  这两年,耐克因为破2计划,给跑鞋市场带来了很多变革,取得了良好的市场效果。

  作为一场包含伟大理想,但本质就是一场彻头彻尾的商业策划,耐克花大价钱进行的破2计划自然不会只是实现人类的理想,而是实现其商业价值。

  耐克通过破2计划,推出了一系列Zoom Vaporfly 4%等破2跑鞋,至今仍在大卖,且价格不菲,动辄将近2000元,仍供不应求。

  耐克破2所用跑鞋

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  耐克的确为了破2跑鞋,进行了全新的技术研发,应用了大量科技,努力让跑鞋做到既轻,又缓震还回弹十足。

  刚才已经提到了缓震和回弹其实是有点矛盾的,过多缓震会导致回弹下降,但过于强调回弹又会让缓震性能有所下降。

  一方面耐克耐克采用了包括ZoomX技术、Zoom Vaporfly 4%技术与Vaporfly Elite技术在内的新型轻质泡沫,让缓震仍然很充分同时还很轻,另一方面耐克创造性地在鞋底夹层应用了碳板技术,碳板让鞋具有很好的回弹。

  碳板是耐克破2跑鞋回弹充分的关键

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  跑友可能会认为让鞋又缓震又回弹,只要将缓震材料和回弹材料放在一起不就行了吗?

  你想简单了,如果把一个软的缓震材料和一个硬的弹性材料放在一起,其效果并不是既缓震又回弹,而是作用相互抵消,既不缓震也不回弹。

  所以怎样让两个材料能混合在一起发挥协同作用而不是相互抵消作用,这绝对需要材料、力学、工程等方面专家大费周折。

  耐克很成功地实现了缓震和回弹的完美结合,据称,耐克给三名破2选手专门定制的跑鞋Zoom Vaporfly Elite鞋底夹层回弹力高达85%,但重量仅为传统材料的三分之一。

  这使得单只鞋重量仅为184克。那么回弹真的有耐克宣称的那么高吗?

  2018年一篇发表于顶级运动医学杂志《sports medicine》的论文进行了研究。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  这项研究由美国科罗拉多大学应用生理学系运动实验室做的研究,比较了耐克破2原型跑鞋、前马拉松世界纪录拥有者基梅托创造2:02:57世界记录时所穿的Nike Zoom Streak 6跑鞋,以及阿迪达斯adizero Adios BOOST 2跑鞋,论文中分别将三双跑鞋命名为NP、NS、AB,这项研究是如何做的,结果又怎样呢?

  基梅托创造2:02:57世界记录时

  所穿的Nike Zoom Streak 6跑鞋

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  本次测试所用的阿迪达斯跑鞋

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  研究人员对于18名顶级马拉松运动员分别穿着三双跑鞋进行了测试,18名运动员平均最大摄氧量高达72ml/kg/min。

  首先,科学家们将三双跑鞋放置于材料实验机上进行测试,以185毫秒的速度给予2000牛顿的力,这是模拟人在跑步着地时所受到的冲击力,因为着地阶段,人体触地时间大概就是200毫秒左右,受到2-3倍体重的作用力。

  用材料试验机测试跑鞋回弹力示意图

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  结果显示,耐克破2原型跑鞋在经过185毫秒2000牛顿作用力之后,鞋底夹层发生了多达12毫秒的变形,但回弹力高达87%,而另外两双鞋不仅形变有限,回弹力也不如耐克破2原型跑鞋。

  这说明耐克跑鞋不仅有充分的缓震也能提供足够的回弹。耐克破2跑鞋之所以鞋底很厚,就是为了放入碳板,同时又能让缓震充分。但鞋垫做得后,鞋会变重,又会影响跑步经济性,在轻量化方面耐克做得不错。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  研究人员让运动员穿着不同的跑鞋,在精密仪器监控下,完成了14公里/小时、16公里/小时、18公里/小时三个速度的测试,耐克破2原型跑鞋输出功率最低,摄氧量也最低;

  这也说明这双鞋有效提升了跑步经济性,达到了省力的目的。其平均节省了4%左右的能耗。

  三双跑鞋在14公里/小时的跑步经济性

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  三双跑鞋在16公里/小时的跑步经济性

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  三双跑鞋在18公里/小时的跑步经济性

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  而对于着地作用力峰值、步频、触地时长的数据分析后表明,穿着耐克破2原型跑鞋会受到的相对更大的峰值应用作用,步频会稍微有所下降,触地时间也会稍微有所延长;

  这表明,耐克破2跑鞋可能更加适合水平较高的跑者,比如全马时间在4小时以内的跑者,对于速度较慢的跑者可能并不是十分适合。

  耐克破2跑鞋跑姿参数表明其更适合高水平跑者

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  四、总结

  回弹作为近两年来颇受跑者关注的跑鞋性能,跑者不应该将其理解为鞋底装了高性能弹簧。

  事实上,跑鞋提供的回弹力是非常有限的,区区一两百克的跑鞋,其弹性材料应用有限,也提供不了真正有多大实际意义的回弹,最多也就是略微提升一些跑步经济性罢了,耐克这样的世界顶级跑鞋公司,花了大代价,跑步经济性的提升也就是4%。

跑鞋回弹力的真相:有腾云驾雾的轻松感吗?

  跑者千万不要将一些跑鞋宣称能提供百分之六七十的回弹想象成鞋底弹性材料能将六七十公斤体重弹离地面,从而让跑步变成腾云驾雾,那是严重违背物理原理的臆想。

  其实,充分发展肌肉弹性,让全身肌肉在拉长-缩短用力过程中,能够发挥肌肉、肌腱、筋膜等的弹性,才更有意义;

  而肌肉弹性越好,跑步才会更省力,所以加强拉伸和拉长-缩短复合训练,也即超等长爆发力训练,对于跑者而言十分重要。

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