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。
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第121屆波士頓馬拉松於美國時間4/17順利落幕,歷經2013年波士頓馬拉松爆炸案之後,每年的這一天,對他們來說意義尤其重大,無論身旁有在緊急得事務,這一天,他們選擇放下一切,與夥伴們共同慶祝愛國者日。
這麼特別的一天,也有著不少令人難以忘卻的感人畫面,以下的12個畫面是本屆波士頓馬拉松大家印象最深刻的一幕。
來自東非厄里垂亞的Meb Keflezighi,此次的波士頓馬拉松是他第五次參加,同時也是他的最後一次波士頓馬拉松之旅。 2014年Meb以2:08'37''的成績拿下波士頓馬拉松冠軍,成為自1983年以來再次奪冠的美國跑者,也是自1930年以來最老的波士頓馬冠軍。
雖然拿到了冠軍獎盃,但由於長年的累積受傷, Meb再也無法重回巔峰。在4/17結束的波士頓馬拉松上,Meb最終以2:17:00完賽,拿下第13名。到達終點後,Meb在拱門後向觀眾鞠躬致意,代表他最完美的謝幕。
賽後,Meb走向終點側台邊,一位女士從看台上伸出的手臂,Meb緊握著雙手,並親吻她。而這位女士正是2013年波士頓馬爆炸案上,不幸喪生8歲男孩Martin Richard的媽媽。
在1972年以前波士頓馬拉松是禁止女性參加,當時20歲斯威策勇敢挑戰世俗偏見,成為了佩戴號碼正式完成波士頓馬拉松的女子第一人,在波士頓馬拉松跑了6公里多,就被賽事總監約克•桑普爾(Jock Semple)因為性別原因,試圖將她趕出賽道。
今年,70歲的斯威策,再度參加波士頓馬拉松了,她的參賽號碼,仍舊是50年前的261。唯一的不同是,當年的議論紛紛指指點點,在今天變成了掌聲,也再不會有人衝進賽道向女性跑者大喊「滾出我的跑道」,快把你的號碼牌還給我!1967年,20歲的斯威策4小時20分的成績完成比賽,2017年,70歲的斯威策以4小時44分的成績完成比賽。
在Tiwtter上以Barefoot Caveman名稱著名的John Raines,一直以原始人的形象參加馬拉松。在波士頓馬拉松上他全身只穿著一件皮短裙,脖子上戴著骨頭項鍊,沒有遮陽帽,沒有遮蔽,沒有壓縮裝備、更沒有跑鞋,但他卻以3小時40秒完成了波士頓馬拉松的比賽,實力相當堅強。衝過終點線之後還與一同完賽的伙伴互相擊拳表示開心。
終點線前兩位美國軍人攙扶著一位即將完賽卻快要癱軟的女選手過終點線。波士頓馬拉松是速度的對決,絕非玩樂性質的賽事,但他們依然伸出援手幫助這位女性,這位女選手的完賽時間大約在4小時。
在波士頓賽道的路邊,一位愛國者橄欖球迷手裡舉著今年愛國者隊在超級碗上比分牌,以此來鼓勵參加波士頓馬拉松的選手。
球賽到第三part還剩下2分12秒,愛國者3-28落後於對手亞特蘭大獵鷹。之後的時間裡愛國者隊打平比分並且在加時賽中提前達陣,拿下冠軍。
1775年4月19日美國獨立戰爭之前,新英格蘭地區的馬薩諸塞州民兵在列剋星敦與數百名的英國士兵爆發火力對抗,這一聲槍響也標誌著美國獨立戰爭正式打響。
如今在愛國者日當天,身穿傳統軍裝的士兵會在波士頓的公園內重新上演當年的槍響,以此宣告愛國者日的開始。
接近終點前,2017波士頓馬的冠軍Geoffrey Kirui領先進入一處補水站,站在第一排的志願者提早準備好手中的水杯。第一個、第二個,Kirui沒能拿到水杯,等到第三個,隨著Kirui的伸手,志願者的脫手,水杯正好落在Kirui的手上。
雖然如此,但Kirui的速度絲毫沒有受到影響,反而是他後面的志願者擁抱、興奮、開心,溢於言表。
到了20公里的衛斯理學院,路旁會有許多女孩為跑者們加油,一飽男跑者的眼福,已經開始累的身體,立即又恢復了過來。雖然不知道這個向選手索吻的傳統是何時開始的,但是這麼多年來,Wellesley女校的學生們一直在以實際行動詮釋著尖叫隧道的真正含義。
2017年4月17日,波士頓當地時間下午2:30,此時距離波士頓馬拉松起跑時間已經超過5個小時,有一位觀賽者Alyssa Vaughn在21英里處拍到了波馬選手與波士頓地鐵綠線齊頭並進的畫面,非常有趣。
每年的波士頓馬拉松總有著不同的故事,像今年,橄欖球隊愛國者又一次打進超級碗,還上演了史詩級的大逆轉,拿下第五座超級碗獎杯;籃球隊凱爾特人以53勝拿下東部第一進入季後賽;冰球隊棕熊季後賽客場首戰逆轉擊敗了兩年來都沒贏過的參議員隊。
這些就如同美國海軍陸戰隊隊長Sanchez所言,沒有任何藉口,只要有心,每個人都可以完成自己的目標。