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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在馬拉松賽道上破三是許多嚴肅跑者努力多年的目標,那你有想過在跑步機上50K破三嗎?墨西哥裔美國超馬選手Mario Mendoza上個月以2小時59分03 秒創下50K跑步機的世界紀錄,將原紀錄推進46秒。讓人驚訝的是,他並沒有因為跑跑步機而多一點舒適待遇,反倒選擇沒空調、越跑越熱的體育館作為破紀錄場地。
現年33歲的Mendoza現居於美國奧勒岡州,兒時在移民父母的墨西哥文化中長大,他身為一名跑者、牧師以及演講者,擁有豐富的越野跑及超馬經歷。自2013年起,他5次獲得美國越野跑國家冠軍、4次獲選為美國田徑協會(USATF)年度最佳越野跑選手、3次獲得世界錦標賽上的美國頂級跑者殊榮,並在年度超馬跑者排名第九。
這次破世界紀錄計畫主因Mendoza想透過改寫美國超馬運動員Michael Wardian在2015年創下的50K跑步機世界紀錄(2:59:49),幫一個青年俱樂部募資。計畫就在位於奧勒岡州的馬德拉斯高中體育館舉行,當Mendoza完成50公里,將雙腳踩上跑步機兩側,他受到館內數百名學生熱烈歡呼,他創造了歷史、也如願以償籌集了四千多美元。
破紀錄後,Mendoza受《跑者世界》訪問時表示:「讓我感到緊張的是體育館裡沒有空調,所以我知道會越來越熱。雖然,我可以選擇在比較舒適的冷氣房裡做這件事,但冷氣房打破世界紀錄有點愚蠢。而更重要的是,我們可以為這些孩子做些事,例如向他們展現做一件大事時需要什麼。」
在學校管理員的協助下,Mendoza從2019年秋天就開始為這次計畫準備。要破世界紀錄,他必須以每英里5:45(約每公里3:34)的配速完成,這對於過去7年在美國越野跑界經歷豐富(請見本文第二段)的他來說,這並不是一項艱鉅的任務。
不過Mendoza仍戰戰兢兢地準備。他混和了戶外與跑步機訓練,在室內時,他嘗試各種不同方法,例如遮蔽螢幕讓自己看不到距離和配速,不過他很快了解到,遮蔽螢幕讓他花更多心力去猜測目前配速,因此最後選擇不遮蔽。「我一直在測試所有可能出錯的地方,例如體育館電源中斷或需要上廁所,儘管如此,我知道自己至少有機會達成。」
Mendoza要等寒假結束後執行計畫,於是他和學校訂了1月14日這天。到了當天,午休時間全校的人都跑來觀看專家在體育館中測試跑步機皮帶,即便之前已嘗試過許多可能錯誤,但是測試發現,儘管將速度設為每小時11英里(相當於每公里配速3:23),皮帶仍需要一些時間才能加速到達這個速度。「當下我笑了一下,心想著『動起來吧!跑步機』這台跑步機加速時間約400公尺,所以我不得不在階段配速下降到3:35之前,用3:21的配速來彌補這一點。
無論如何,箭在弦上不得不發。整個下午,學校都輪流開放一些班級來為Mendoza加油,而他的妻子一整天都待在這陪伴他,不只是精神支持,妻子更負責當他的補給員,在50K中補了6瓶營養補給品。
在2小時59分03秒的那瞬間,跑步機顯示50公里,Mendoza雙腿跳上機台兩側呆站了數秒鐘,雙手握住手把以免身體跌落,此時,他周圍的學生們瘋狂歡欣鼓舞著。然而Mendoza事後表示:「我試圖想破2時59分,只可惜,當下我的大腿後側開始抽筋,雙腿再也無法前進。」
近兩年,許多運動員穿同一系列內嵌碳纖維板的厚底跑鞋打破世界紀錄,然而Mendoza是在沒有碳纖維板加持下完成的,他選擇穿了新款的Brooks跑鞋。他表示:「我真的很自豪,因為這雙鞋沒有碳纖維板,所有破紀錄都與此有關,這讓我覺得我仍然可以繼續努力。」
資料來源/Runner's World
責任編輯/Dama