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。
大多嘗試過跑步的人,都可以體會跑步能帶來好心情、改善情緒,但要跑多久才能有這個效益呢﹖根據發表在美國運動醫學會期刊的一項研究指出,在跑步機上花30分鐘,就足以解除嚴重憂鬱的症狀。
這項研究主題是急性運動對於重度憂鬱患者情緒和幸福感的影響,研究者招募40名(男15、女25)接受重度憂鬱症治療的患者,將他們分為兩組,一組在跑步機上進行一次性的30分鐘中等強度跑步,另一組則30分鐘安靜休息,接著調查他們情緒狀態的改變。結果發現,雖然兩組在心理困擾、憂鬱、混亂、疲勞、緊張和憤怒等情緒都有相似的減低趨勢;但只有運動組的人明顯增加積極幸福感、活力指標也顯著增加。
上述研究說明了跑步習慣不只讓人心情愉快,連一次性的跑步對於憂鬱症患者來說,都能在短短30分鐘獲得改善。一些研究更顯示,有氧運動在治療輕度至中度憂鬱症上,與抗憂鬱藥物有同等效果,且運動的副作用相對有益,包括改善健康、體重控制,而不是像藥物的副作用腹脹、性功能障礙等負面影響。
因此,目前在澳洲、英國、荷蘭等國家,憂鬱症治療官方指導方針就將運動作為第一線治療(最初步基礎的治療)。
在許多研究受試者和疾病患者上已被證實,人體在某些活動中,例如長時間、連續、中等至高強度的運動,以及深呼吸等會促進腦內啡(Endorphins),而腦內啡的效用就如醫療用的嗎啡,能讓人產生愉悅感,常在馬拉松界聽聞的「跑者的愉悅感」(Runner's High),正是指當運動量超過某一階段時,體內便分泌腦內啡。
不只有腦內啡,亞利桑那大學人類學教授David Raichlen曾測量跑者、狗和雪貂在跑前和跑後的「內生性大麻素」濃度,結果發現跑步不只促進腦內啡,內生性大麻素濃度同樣也升高,而內生性大麻素和腦內啡、血清素及多巴胺的運作方式十分類似,也可以解釋為產生「跑者的愉悅感」因素之一,而這些化合物在記憶、平衡、運動、免疫力和神經保護作用等人體基本功能上,扮演著重要角色。
2008年發表在復健醫學檔案的一項研究中,研究者請超級馬拉松選手、有常規運動習慣者及無運動習慣者,以自身感覺稍微困難的速度走或跑30分鐘。訓練之後,每個人的情緒都獲得改善,但超馬選手和常規運動習慣者的效益幅度是無運動習慣者的兩倍。更值得玩味的是,超馬選手和常規運動者在運動後,比運動前有更大的活力與更少疲勞,但無運動習慣者對此無感。
美國運動心理學領域領導人物、愛荷華州立大學教授Panteleimon Ekkekakis分析上述原因﹕跑者可以長時間保持良好的配速與節奏,不會進入無氧狀態,而這可以促進改善情緒的生理機制。至於久坐不動的人換氣閾值非常低,沒動幾下就很容易進入無氧閾值(運動者體內出現明顯無氧徵兆的臨界點或界線 ),因此改善情緒的效益較低。
看完文章,無論有沒有跑步經驗的你,當下一次憂鬱情緒來襲,你知道該做什麼了吧?
資料來源/BUSINESSINSIDER, Runner’s World, 國家地理
責任編輯/Dama