相信許多朋友都知道跑鞋的避震很重要,但你知道避震指的是什麼嗎?而跑鞋的避震設計又有哪幾種?他們又是如何實現避震效果的呢?本文以淺顯易懂的方式說明什麼是避震以及避震的設計,並用影片和過程分解讓你秒懂避震是如何達成的。
避震,是跑鞋設計中重要元素之一,因為跑步時雙腳需要反覆承受約體重1.5至3倍的衝擊力,長時間累積下來,對下肢的負擔不容小覷。各家運動鞋廠牌無不投入心力在研究如何提升避震功能,從鞋底的緩衝材質、厚度、形狀等角度,尋求最佳的配置,來減少著地的衝擊力。避震的目的是減緩足部接觸地面時,衝擊力上升的速度與幅度。
如下圖所示,穿上有避震功能的鞋子後,可降低力量上升的速度(藍箭頭的斜度)與幅度(藍圈的高度),進而達到避震緩衝的目的;反之,若不能有效延緩衝擊,如赤腳後足著地,則會使力量急劇上升,並承受較大的力量峰值,進而導致傷害發生的風險提高。
要達成避震的目的,使鞋底在接觸地面時能吸收衝擊,實際的方法是透過鞋底的「形變」,來延緩撞擊的持續時間並吸收力量,其方法有兩種,材料避震與結構避震。例如當你踩在軟墊時,軟墊會下陷藉此吸收衝擊,使你感覺到避震的效果,這類我們稱為材料避震;而另一種結構避震,則如生活中常見的彈簧或拱橋,透過外部結構的形變來達吸收與緩衝避震。目前市面上跑鞋的避震設計也可分為此兩類。
材料避震:利用材料自身的形變來達到避震的功能。跑鞋中常見的材料避震設計,透過使用發泡材料、EVA、E-TPU 等較軟的材料,來吸收撞擊。例如 NIKE ZOOM X VAPORFLY NEXT% 及 ADIDAS ULTRABOOST 20。
結構避震:利用外部結構的形變來達到避震的效果。經常利用波浪或拱橋的形狀來到支撐與緩衝的功能。例如 MIZUNO WAVE RIDER 23 及ON CLOUD ACE。
本文使用上述各兩雙代表材料避震與結構避震的跑鞋做示範,請兩名退役的田徑跑者,分別穿著兩款鞋進行測試,A 跑者穿著NIKE 與 MIZUNO,B 跑者穿著ADIDAS 與 ON,以5 分速 (5min/km) 進行30 公尺平穩速度跑。於20 公尺處架設攝影機,以高速攝影模式 (每秒240格) 捕捉足部著地瞬間到腳掌踩平地面的變化。
NIKE ZOOM X VAPORFLY NEXT % 著地後變化
ADIDAS ULTRABOOST 20 著地後變化
NIKE ZOOM X VAPORFLY NEXT% 的中底搭載Zoom X 泡棉材質,在著地瞬間後開始產生形變擠壓,藉此吸收了部分的衝擊力,當腳掌踩平地面時,可看到整體壓縮的現象;ADIDAS ULTRABOOST 20 全中底由Boost 顆粒所組成,其材質為E-TPU (熱塑性聚氨酯),我們可觀察到Boost 跑鞋著地時,衝擊力也會使得Boost 有一定程度的擠壓,腳掌貼平時,亦可看到明顯的變化。
NIKE ZOOM X VAPORFLY NEXT% 著地後中底材料形變過程
ADIDAS ULTRABOOST 20 著地後中底材料形變過程
MIZUNO WAVE RIDER 23 著地後變化
ON CLOUD ACE 著地後變化
我們可以觀察到MIZUNO WAVE RIDER 23 在跑步著地瞬間,其後跟的Wave波浪片會因受力而變得扁平,使原本波浪片前後的空隙都被填滿,波浪片幾乎完全與中底貼合;而ON CLOUD ACE 本身雲端科技緩衝系統 (鞋款波浪狀大底) 在跑步著地瞬間時,波浪受到擠壓,尤其是後足幾乎變為扁平,其透過結構形變而吸收衝擊力的方式明顯可見。
MIZUNO WAVE RIDER 23 著地後中底結構形變過程
ON CLOUD ACE 著地後中底結構形變過程
利用影像捕捉的方式,我們可以清楚觀察到不同款跑鞋透過材料或結構的設計,皆可藉由形變的過程來達到避震的功能。但隨著不同的避震設計,實際上也會有不同的效果與特性,所適合的族群也有所不同,並非越軟越好。例如較軟的避震設計可能有較佳的緩衝效果,但卻會使鞋底穩定性變差,不適合足踝不穩定的人;而較硬的避震設計,也許增加了後足著地衝擊力,但相對提高了穩定性,且對中足或前足著地形態的跑者而言,可能沒有太大的影響,反而可藉此減少緩衝材料的重量,適合競速需求。
因此,根據自身的需求挑選跑鞋,才能達到最佳的效果。
參考文獻:
Lieberman, D. E., Venkadesan, M., Werbel, W. A., Daoud, A. I., D’andrea, S., Davis, I. S., ... & Pitsiladis, Y. (2010). Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners. Nature, 463(7280), 531-535.
撰文/董智尚、陳韋翰、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站,原文:跑鞋的避震是如何達成的?
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。
面對運動科學興起的熱潮,許多人想瞭解正確的運動資訊卻不知道從何下手? 運動科學網持續更新經過科學驗證的運動知識與運動觀點。不論是創新產品、研究結果,甚至是專業理論,我們都會轉譯成簡單易懂的文字,讓讀者利用最短的時間瞭解運動的最新趨勢。
為了讓健康的運動觀念進入日常生活,我們創立了運動科學網;為了讓正確的運動知識提升生活品質,我們創立了運動科學網,我們致力於運動科學的研究,希望這些努力不僅僅侷限於學術領域中,而是讓熱愛運動的普羅大眾更健康快樂地運動。
在一般人的認知裡,小腿是一整塊肌肉,實際上並不然,小腿肌肉是由腓腸肌和比目魚肌所組成。它們是一個跑者在跑步的過程中發揮著至關重要作用的眾多肌肉群中其中兩組肌肉,它們為你的每一個步伐提供像裝上彈簧一樣的彈性,並且在吸收每次跑步步伐的衝擊時發揮最大作用。跑步時若沒有讓你的小腿肌肉保持在巔峰狀態可能會導致生理上的一些問題,包括肌肉疲勞、撕裂和拉傷,以及背部的一些潛在問題。
由於小腿肌肉在一個跑者的生理組成方面扮演這麼重要的角色,若想跑得好又避免受傷,下面有5項小腿強化鍛鍊法,不妨跟著練習看看。
在這個訓練中,你將需要一條阻力訓練帶。首先,以一個四肢著地、像狗一樣的姿勢開始,手掌平坦貼地,保持雙手和腿與肩同寬。將阻力訓練帶的一端貼緊你的腳底,另一端則置於你的掌心並握緊以免滑掉。接著,同時將你的腿同時向後向上做延伸,然後回到起始位置。重複此一過程15至20次,然後換邊(動作為同手同腳)。
做法請看影片:
以你的腳打開與肩同寬、腳尖朝前直立開始。將你的右腿往前跨一步,直到你右大腿的底部與地面平行,繼續將你的臀部往前推,然後回到起始位置。重複這個步驟15次,然後換左腿。
經驗豐富的跑者們還可以嘗試做這個訓練的進階版,在過程中雙手拿一顆藥球往前推來強化延伸的張力。
做法請看影片:
在這個訓練中,你需要進行一個類似於跑步的動作,不過是要將腿打直。保持你的腿伸直,以你的臀部肌肉推動你的腳步往前進,腳底保持與地面貼近的狀態,並換腿繼續往前走。一開始重複此動作前進50公尺,當你開始發現動作已經駕輕就熟,你可以增加距離至100公尺。如果你覺得你的腿筋有點緊繃,嘗試降低你前進的速度和並找醫生諮詢建議。
做法請看影片:
在這個訓練中,先在一個平坦的地板上躺平。彎曲一條腿,讓你的腳底平放在地面上。你另一腿應該在你的面前伸直。接著,將這條腿從地板往上提,與地面成45度角。現在收縮你的臀部和核心肌肉,慢慢將你的骨盆抬離地面,同時確保你的雙肩還平貼在地板上。最後,再慢慢回復到你的起始位置。
兩隻大腿各重複此過程15至20次。為了強化這項運動的難度,可以嘗試使用一顆穩定球來平衡,將平衡球置於你本來是放平的那條腿下方,然後進行同樣的動作。
做法請看影片:
將一條彈性阻力帶一端牢固地固定在一個穩固的健身房設備或家中的某個固定物體。面對該物體站立,並將你一隻腳放進彈力帶內,然後把彈力帶的一端置於你腳踝的背面。現在,將你的腿往後拉,注意要以你的臀肌和後腿肌腱使力,此時你可以感覺到小腿肌肉正在努力運作。慢慢地將腿拉到緊繃,然後再慢慢回到你的起始位置,每條腿重複此動作20至25次。
參考影片:(請將滑輪機鋼索改為彈力帶)