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。
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當你快速地跑完幾公里上坡,或是你才剛開始接觸跑步,跑者膝就有可能會找上你,因為膝蓋骨附近的肌腱,不斷地刺激膝蓋骨的周圍,造成膝蓋骨下隱隱作痛及發炎。這種類型的疼痛,又與髂脛束所引起的不同,當有這樣的疼痛狀況時,實在讓人很難讓人繼續有跑下去的動力。
如果現在的你已經有一點有跑者膝的狀況,而且跑完之後有更加惡化的情況時記得做R.I.C.E動作(休息、冰敷、加壓、抬高),為了避免情況惡化,你需要的是加強及伸展你的股四頭肌、小腿肌及膕旁肌,並藉由橫向的訓練動作來加強膝蓋關節,並增加靈活度。
接著來看看四個最有效的訓練動作。
這是一個相當簡單地靠牆坐的動作,更沒有場地的限制,而且對於增強股四頭肌效果非常的好。
1. 背部靠牆站好,雙腳離牆壁約莫兩步的距離,並與臀部同寬。接著 雙腳下蹲,背部沿著牆壁往下滑,直到膝蓋呈現90度,這時你的膝蓋應該在腳踝的正上方,所以應該再適時的調整腳步與牆壁之間的距離,保持大腿與地面平行。
2. 持續30~60秒後起身,在重複做這個動作3組。
3. 如果想要更有挑戰性,可以試著在下蹲時提起左腳的後腳跟幾秒,再換邊提起右腳,這樣更能夠同時訓練到小腿肌。
無力的股四頭肌與緊繃的膕旁肌,相當容易讓你膝蓋受傷。但是可以藉由這個腿後肌伸展動作放鬆你的膕旁肌與肩膀。
1. 雙腳與臀部同寬,雙手在背後握住,並保持雙腳伸直,身體下彎,讓胸部靠近大腿,這時雙手順勢往上擺並且超過你的頭。
2.放鬆後頸的肌肉,如果這樣的動作實在太難,可以放下雙手,並將雙手抱著雙腿後方,讓你的膝蓋微彎。持續這個動作30秒,接著慢慢地抬起身體。
利用靠牆小腿肌伸展來伸展與放鬆你的小腿肌,這樣的動作可以有助於舒緩跑者膝的問題。
1. 面向牆壁約一個手臂長的距離。
2. 左腳向前跨,右腳往後,並保持雙腳平行。
3. 彎曲左膝,並伸直下壓右膝。
4. 動作持續20~30秒後換腳。
許多人經常忽略掉膝蓋側邊的肌肉的鍛鍊,導致膝蓋關節的周圍變得脆弱,藉由橫向的訓練方式,幫助加強腿部的側邊肌肉,並利用不同方向的弓箭步動作來訓練整體的臀、腿部肌群。
1. 一開始雙腳站直,並向右邊跨一大步,做弓箭步蹲動作,並用左手碰觸右腳,另外在右腳的動作上,膝蓋不能超過超過腳踝的側邊,並保持胸口挺直,並將重心放在右腳上。
2. 撐住右腳回到站姿,再換另一隻腳做弓箭步蹲,才算完成一組動作。