近年運動市場的新穎跑鞋如雨後春筍般出現,無論是外觀上繽紛色彩或是特殊的結構設計,不知道身為跑者的你是否有觀察到一個趨勢:「跑鞋鞋頭上揚的趨勢日益明顯,尤其在厚底的跑鞋之中特為突出!」這對跑步會有什麼影響呢?厚底跑鞋上揚的鞋頭結構,真的對跑步時的順暢性有幫助?該結構會對跑步姿態有什麼影響?本文將透過科學的方式,解析跑鞋設計對前足順暢性的影響。
為了揭開順暢性相關的疑惑,首先我們必須了解跑步著地的過程,可比擬為一個滾動的動作。從腳跟著地到離地,可分為三個滾動機制,腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker) 以及前足滾動 (Forefoot Rocker)。腳跟滾動 (Heel Rocker) 指腳跟初著地到全腳掌踩平;腳踝滾動 (Ankle Rocker) 指全腳掌貼平到腳跟抬起之前;前足滾動 (Forefoot Rocker) 則指腳跟抬起到腳掌完全離地。
下圖由左至右依序是:腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker)、前足滾動 (Forefoot Rocker)
著地時,若是腳掌的滾動過程不流暢,則會產生「卡卡」的感覺,使整體滾動動作的速度不平順,而有不佳的順暢感。其中較容易受跑鞋影響的滾動為腳跟滾動及前足滾動,在此我們稱為「後足順暢」與「前足順暢」。本文將著重在前足順暢的部分。
或許你能直接感受到有些跑鞋順暢性的差異,但透過科學儀器量測,將能更清楚地看到差異,即量測前後方向足底壓力中心 (Center of Pressure, COP) 移動的速度變化。2018 年 Lam 等學者研究認為,良好的順暢感,COP 前後方向速度變化應該是漸進式地增加,而並非突然地遽增,換言之,當前後方向 COP 移動速度的變化越平緩,表示滾動過程較不會突然大幅加速,而是平順的滾動。
延伸閱讀:慢跑鞋的順暢感
下圖透過量測足底各部位的壓力大小,可計算出壓力中心(COP,即圖中的圓點);隨著跑步的滾動機制 COP 會由後至前移動,形成不同的速度變化,藉此可分析跑鞋的順暢性。
本文選定 6 雙市售跑鞋,分為一般跑鞋組以及鞋頭上揚組。所謂一般跑鞋組是指無特別設計鞋頭上揚的結構,鞋內也無設計幫助滾動的硬板之鞋款;而鞋頭上揚組,即該跑鞋設計底部較厚,且鞋頭有特別上揚,試圖引導跑者在前足滾動時保持順暢感受,如同蹺蹺板一般。
量測由一名跑步經驗豐富的測試員輪流穿著 6 雙市售跑鞋,並於鞋墊處使用 Pedar 足底壓力系統,且於跑步機上以每小時 10 公里的時速 (10KPH) 跑步,每一雙鞋至少跑 3 分鐘以上,擷取穩定的足底壓力訊號並匯出數據,以分析完整步態週期為主。
量測結果出爐,對比一般跑鞋組(虛線)與鞋頭上揚組(實線),在腳跟開始離地的階段,尤其是 60-85% 的時間軸,鞋頭上揚組的 COP 移動速度曲線變化較為平緩,COP 移動速度峰值約落在 0.8-1.2m/s 之間;而一般跑鞋組的 COP 移動速度曲線變化遽增,COP 移動速度峰值約在1.2-1.6m/s之間。綜上所述,COP 移動速度變化較平緩的鞋頭上揚組,有較佳的前足順暢性。
為了呈現跑步著地時的鞋底滾動變化,我們於操場拍攝慢動作影片,以利了解跑鞋結構改變對動作的影響。由下圖動畫可以清楚看出,鞋頭上揚組有較順暢的滾動過程,這也呼應了上述所分析 COP 移動速度較平順的結果。
ASICS MetaRun, NIKE free RN 5.0, MIZUNO Wave Sky 3 Waveknit:
ASICS MetaRide, NIKE Air Vaporfly Next%, HOKA ONE ONE Carbon X:
我們從一般跑鞋組(黑,ASICS MetaRun)與鞋頭上揚組(白,ASICS MetaRide)各挑出一款鞋,並搭配定格的截圖來做更詳細的解釋。
ASICS MetaRun(一般跑鞋組)與 MetaRide(鞋頭上揚組)的分解動作變化:
從全掌貼平到腳跟離地的過程中,一般跑鞋組在啟動前足滾動機制 (Forefoot Rocker) 時,需較大程度地彎折蹠骨關節;而鞋頭上揚組則是像蹺蹺板般,順應著跑鞋的結構與上揚弧度向前。從黃、紅、藍色點的相對位置便能清楚知道,當一般跑鞋組向前時,黃點位置幾乎是不動的;相對地鞋頭上揚組向前時,黃點位置則是向下,同時間藍點上升,代表鞋頭向下貼平地面,而鞋跟隨之揚升。
從最大彎折到離地瞬間的過程中,前腳掌與掌趾會推蹬地面,我們可觀察到一般跑鞋組推蹬的位移較大,伸展的幅度亦大;反之,鞋頭上揚組的位移較平緩,伸展的幅度小。對比紅點與藍點的軌跡線就能明顯看到一般跑鞋組上升幅度較大;反之,鞋頭上揚組則上升幅度較小。顯示一般跑鞋組在推蹬時會有較大的蹠骨關節彎折動作,而鞋頭上揚組則會受限於鞋子的結構,不須做出較大的延展動作;這樣的動作變化,可降低蹠骨關節推蹬的出力,但會使跑者感受到「推不到的感覺」,形成一種「還沒推蹬就離地」的感受。
本文比較鞋頭上揚組與一般跑鞋組,希望利用足底壓力中心(COP)的移動速度變化探討著地與離地時的現象,並試著解析其中的過程,這並不代表跑鞋的優劣。
跑鞋的結構設計百百種,鞋頭上揚設計的跑鞋並不一定適合每位跑者。有些跑者偏愛一般跑鞋推蹬時腳掌彎折的感受;而有些跑者則偏愛順暢的過渡感。挑選適合自己的跑鞋才是最重要,而透過科學的驗證方式可以提供客觀的數據分析,並排除主觀感受錯誤的可能。
參考文獻:
Lam, C. K. Y., Mohr, M., Nigg, S., & Nigg, B. (2018). Definition and quantification of ‘ride’ during running. Footwear Science, 10(2), 77-82.
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:厚底跑鞋鞋頭上揚對前足順暢性的影響
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。
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烏干達名將約書亞·切普特蓋(Joshua Cheptegei)本月 14 日在世界田徑總會鑽石聯賽摩納哥站,以 12 分 35 秒 36 打破高懸 16 年、Kenenisa Bekele 所創的 5000 公尺世界紀錄 12 分 37 秒 35。事實上,Cheptegei 在 2018、2019 年連續創下 15 公里公路賽世界紀錄、世界越野錦標賽冠軍,以及世錦賽一萬公尺冠軍;2020年初,他以 12:51 刷新 5 公里路跑世界紀錄;上週更勢如破竹衝破男子 5000 公尺田徑賽世界紀錄。來看看 Cheptegei 在兩年內創下 5000m、5K、15K 世界紀錄的驚人成績,是怎麼訓練來的?
Cheptegei 在烏干達東部高海拔地區 Kapchorwa 的 Kwoti 村長大,他像多數非洲孩子一樣愛踢足球。小學的他有時會嘗試三級跳遠,但仍偏愛團隊運動。一次,教練友人 Benjamin Njia 看到他完美的步態和耐力,鼓勵其投入田徑,於是 Cheptegei 在 2004 年開始認真跑步,並在 2014 年世界青年田徑錦標賽獲得一萬公尺項目冠軍。
現年 24 歲的 Cheptegei 不僅在 5000m、5K、10K、15K 項目都有驚人表現,也參加半程馬拉松比賽。以往在進行田徑比賽訓練時,Cheptegei 週跑量通常為 120-140K 之間,而他在今年初開始準備原本於 3 月舉辦的波蘭格地尼亞世錦賽半馬項目,雖然賽事因新冠肺炎疫情延期,但 Cheptegei 已因應半馬距離,將週跑量提高到 160K,而每週訓練的重頭戲,是在海拔 1800 公尺的連綿起伏丘陵地長跑 30-35K。
2017 年世界越野錦標賽時,Cheptegei 是最有機會代表國家贏得金牌的選手,他的主場優勢和以往在 10K 比賽的優異成績,讓粉絲們都抱有相當大的期待。然而他在比賽開始後不斷掉速,身體逐漸衰弱,最後好不容易「跌」進終點,只得到第 30 名令人失望的成績。
Cheptegei 賽後花了好幾個星期足不出戶調整心情,而這次失敗對他未來的勝利產生巨大作用。不到半年後,他在 2017 年倫敦世錦賽一萬公尺項目獲得銀牌;2018 年,他在澳洲黃金海岸馬拉松一舉摘下 5K 和 10K 雙金,並將 15K 路跑世界紀錄提高了 8 秒;2019 年,他贏得首座世界越野錦標賽冠軍,也在杜哈世錦賽 10000 公尺賽跑男子決賽中奪金;2020年初,他以 12 分 51 秒刷新 5 公里路跑世界紀錄;更在上週締造出 12 分 35 秒 36 的 5000 公尺世界紀錄。
Cheptegei 就讀烏干達的布格瑪大學,在入學兩年後,他退掉教育學士課程,主修語言和文學。他對文學的熱愛顯而易見,會趁空暇時間讀很多書,也成為朋友口中「聰明、懂社交,知識橫跨各領域」的人。雖然文學和跑步沒有實質關聯,但對於文學的學習能力,也自然而然增強了他在「學習技能」上的能力。
資料來源/CANADIAN Running, Olympic Channel, NN runningteam
責任編輯/Dama