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。
全球最大規模的公益路跑賽事Wings for Life全球路跑邁入第十年,於2023年5月7日台灣時間晚上7點開跑。今年度不僅號召來自192個國家,共計206,728人參賽,更成功募集超過580萬歐元,跑者參與賽事的報名費及募款費用將全數支持脊髓損傷研究;而2016年女子組台灣站冠軍陳雅芬也與輪椅YouTuber「椅人」、鐵人主播侯以理,和跑者們相聚在中正紀念堂與全球連線,共同為不能跑的人而跑。
邁入第十年的Wings for Life全球路跑,近年藉由App Run賽事,讓跑者能不分晝夜、自由選擇賽道出發,跑者們盡力奔跑直到被「虛擬終結者號」追上後,才算完賽。今年有超過20萬名全球跑者同步在台灣時間5月7日晚上7點(世界標準時間上午11點)共同為公益起步,平均每人完賽距離11.59公里,台灣也有718名跑者在全台各地透過App參賽,以行動支持脊髓損傷研究。
今年最終由日本的Jo Fukuda以69.01公里再次奪下男子冠軍及波蘭的Katarzyna Szkoda以55.07公里獲得女子冠軍。台灣歷屆冠軍李智群也遠赴波蘭參與旗艦跑賽事,並以51.49公里拿下全球第50名、45歲級別第一名,而台灣地區最終由蔡幸翰以43.2公里、蔡涵琦以 36.55公里的成績獲得男子及女子冠軍。
儘管7日晚間飄下細雨,仍有181名台灣跑者不畏風雨共同在中正紀念堂自由廣場開跑,2016年台灣女子冠軍陳雅芬也現身支持公益。她完賽後分享,「今天雖然下雨,但還是不想錯過這場公益賽事!原先我只有設定跑4公里,但因為跟著大家一起跑,就不知不覺多跑一些,最後是以10公里完成這場公益賽事。」
「這是我第一次參與路跑!我覺得很熱血,現場跑者之間會互相加油激勵,讓過程充滿力量。」輪椅YouTuber椅人,除了在App Run裡面獻聲外,更與鐵人主播侯以理相約到場完賽。侯以理也特別分享,「我在跑步時聽到耳機傳來椅人說『希望有一天跑在你身邊跑的人是我』,結果我們就在跑道上相遇了!今天在現場看到很多跑者,有很專業的跑者,也有初心慢跑的人,大家不分程度,但共同在賽道為不能跑的人而跑,反而更感動。」
今年度Wings for Life全球路跑聲音體驗除了邀請夜貓DJ Dennis擔任主持人,以及Podcast百靈果主持人凱莉擔任「虛擬終結者號」的駕駛,以聲音追趕跑者之外,還有五位名人獻「聲」響應賽事,包含Red Bull運動員戴資穎分享羽球生涯、跑者作家歐陽靖體悟跑步的歷程、鐵人主播侯以理勇於嘗試的鐵人精神、插畫家Duncan在繪畫夢中奔跑以及YouTuber椅人為輪椅族發聲的故事,鼓勵跑者在雨中找到向前邁進的步伐和堅持的力氣,每一步都是為了脊髓損傷患者挺身而出。
資料提供/RED BULL
責任編輯/林彥甫