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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在英國,有一位勇敢的父親名叫凱文·韋伯(Kevin Webber),他今年51歲,他在2014年時,被診斷出有攝護腺癌末期,但是,他並沒有因為罹患癌症放棄生活,他不斷得透過跑步挑戰自己,並享受並珍惜每一天,最終,他跑完了堪稱全球最難的馬拉松賽事,也為那些在對抗癌症的病患募款。
根據英國《鏡報》的報導,韋伯2014年10月時,發覺身體開始感到不適,就立刻去醫院做身體檢查,當檢查報告出來時,發現自己患上了攝護腺癌,醫生告訴韋伯,他體內的癌細胞已經急速擴散,最多可能只多活3至4年的時間,當時,韋伯聽到這個消息並沒有消極過生活,因為他認為,坐以待斃或是逃避面對事情,比罹患癌症坐著等死還可怕,於是,從這時起,他便積極面對人生,他開始透過運動來調適自己的身心,就在2016年時,他決定參加撒哈拉沙漠馬拉松比賽(Marathon Des Sables),這場馬拉松堪稱全球最難的馬拉松賽事,必須要在6天之內跑足251公里。
韋伯:「當時,我的孩子以為我要告訴他們,你們的爸爸要死了,我們全家人抱在一起哭,但是我告訴他們,爸爸會努力生活的,在生病的這段時間裡,我前前後後接受了共6個月的化療及放射療程,我感覺自己好像老了10歲一樣,但是,我決定要開始運動來調整我的身心,並重拾我的青春,於是,我開始接觸跑馬拉松這項運動,我曾在兩週內,完成了兩個馬拉松賽事,我發現,這對我的病情有大大的幫助,因為當我開始接觸後,載回去醫院檢查,發現癌細胞指數有在慢慢下降,這不僅對我來說是一件很棒的事情,還更有助我自己心情的轉換,於是,跑著跑者,我決定要把目光放在更偉大的目標上,並且可以挑戰自我、增進自己。」
最終,韋伯成功完成了這場堪稱全球最難的馬拉松賽事,整項比賽下來,韋伯在1246名選手中排上第568位,這對於一個患有重病的人而言,簡直是一項壯舉,而回想整場賽事,這對韋伯來說非常辛苦,但是,他從不輕易放棄。
韋伯:「我想藉由這些比賽,也來幫助和我一樣患癌的朋友們,我選擇堅持,是希望能讓更多人了解,這世上,還有許多人在努力著生活,我希望透過這些比賽,也能喚起眾人對前列腺癌的關注,並可以挽救更多生命,有些並,不是能靠藥物才能治癒,透過一些免錢的治療也是可以治癒,雖然說不用花到錢,但也是最困難的。」
韋伯成功完成了撒哈拉超級馬拉松。
韋伯也表示,人有兩條命,當你意識到你只有一條命後,你的第二生命就會開始。