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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。
隨著年紀增長,血管硬化成為每個人老了都將面臨的健康問題。雖然大家都知道跑步對心肺有益,但對血管的益處有多大呢﹖根據歐洲心臟病學會最新發布的研究指出,花6個月訓練並完成初全馬,可逆轉主要血管老化、平均讓血管年輕4歲,這樣的成效與藥物治療相當,且年齡越「大」、跑速越「慢」的跑者竟受益最多!
這項研究由歐洲心臟病學會European Society of Cardiology (ESC)於2019年5月發布。該研究作者、英國倫敦大學學院英國心臟基金會研究員Anis h Bhuva博士指出﹕「這些新手跑者訓練了6個月並完成初馬,可將動脈年齡減低4年、心臟收縮壓下降4毫米汞柱(mmHg),這與藥物治療的效果相當,如果維持,可使終生中風風險降低約10%。」
血管僵硬是正常衰老的標誌,即便是健康者也會因此增加中風與心臟病的風險。以往我們知道,與同年齡者相比,終生運動員擁有生物學上較年輕的血管;而該研究主要針對馬拉松訓練,調查即使在馬拉松新手身上,是否可改變動脈硬化程度。答案是肯定的,「你不必成為一名菁英運動員,就可以從馬拉松中獲益!」Bhuva博士說。
研究找來139名21-69歲之間的健康者,他們都是首次參加馬拉松比賽的新手跑者。受試期間,他們週跑量維持10-20公里,持續6個月,並完成2016或2017的倫敦馬拉松,其中男性平均完賽時間4.5小時、女性平均5.4小時。
研究比較的時間點為開始訓練前兩週與馬拉松完賽後兩週,受試者接受了核磁共振成像(MRI)和心血管超音波檢查、健康檢查、血壓及心率測量,並計算出兩個時間點主動脈的生物學年齡。結果發現,完賽後的主動脈硬度降低,比訓練前年輕4歲;且年齡較大的受試者和完賽時間較長的人,主動脈硬度降低更多。
以往我們都知道,透過運動可降低安靜心率並改變一些身體組成的數值;但是,Bhuva認為心率這類身體數值對健康影響微乎其微,而主動脈硬度和血壓變化對健康的影響大的多。
研究顯示,馬拉松訓練是保持生理活躍的好方法。Bhuva博士指出,許多受試者因此愛上跑步並持續跑步,這應該會增加維持主動脈年齡的可能性;事實上,年齡較大且跑較慢的人能獲得最大效益,對初馬選手而言,還可能使心血管系統變得更年輕。
熱愛跑步的你,是不是多了一個跑馬拉松的好理由、也多了一個推坑其他跑友參加全馬的理由了呢﹖
資料來源/European Society of Cardiology, Runner's World
責任編輯/Dama