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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台灣最高等級田徑賽事「2018台灣國際田徑公開賽」將於5月25、26日舉行,將有18個國家超過200名世界菁英選手匯集台北田徑場,被視為今年雅加達亞運的前哨戰。今(19日)下午舉辦宣傳記者會,「台灣最速男」楊俊瀚和「跨欄王子」陳傑一起出席,表示有信心將金牌留下,楊俊瀚更邀請大家像去年世大運一樣擠爆田徑場。
賽事由中華民國田徑協會與台北市政府體育局共同主辦,北市體育局局長李再立表示,目前已有18個國家,共兩百多位菁英選手將來台參賽,期許這場賽事再現台北世大運榮景,希望民眾延續2017世大運當時的熱情,到場為台灣選手們加油打氣。
主辦單位這次邀請多位國際菁英選手來台踢館,包括2017倫敦世錦賽男子跳遠金牌與2016里約奧運男子跳遠銀牌,南非選手曼勇加(Luvo Manyonga),個人最佳成績8米65公尺;2014大英國協運動會男子400公尺跨欄金牌,南非選手費德里克(Cornel Fredericks),個人最佳成績48秒14;2018大英國協運動會男子100公尺銀牌選手布魯傑斯(Henrico Bruintjies),個人最佳成績9秒97;以及汎美運動會金牌、NCAA冠軍,美國女子100公尺跨欄選手哈里森(Queen Harrison),個人最佳成績為12秒43。
面對國外大軍來襲,將參與賽事的台灣田徑好手楊俊瀚和陳傑被問及是否備感壓力,顯得老神在在。陳傑說,今年的訓練成長幅度比去年更多,重量訓練與練習秒數的狀況比世大運還好,每一步都在他和教練的預期中,對國際邀請賽非常有信心,也期待在亞運再創佳績。面對南非跨欄好手費德里克以48秒14來台踢館(陳傑個人最佳成績49秒05),他表示會以老樣子平常心看待,把重點放在自己身上。被問及在自己國家比賽會不會較有壓力?陳傑表示,當真正走進場,台灣朋友熱情的加油聲將變成自己的動力。
全國100公尺紀錄保持人楊俊瀚在記者會中宣告將參與大會100公尺個人項目及400公尺接力團體項目。面對這次賽會邀請南非百米好手布魯傑斯(個人最佳成績9秒97),楊俊瀚信心喊話「沒在怕的!」他表示跟國外選手比賽反而較不會有壓力,也很享受與國外菁英選手競技的感覺,不會被影響,只要專注在自己的調整就好。此外,他提到去年世大運沒預期來了這麼多觀眾擠爆會場,希望台灣朋友今年也能延續熱情,用行動進場支持選手,重現世大運擠爆會場的盛況。
至於亞運將參加哪些項目,楊俊瀚表示100、200公尺及400公尺接力都有達標的,但目前教練和他都還在評估,將看體能狀況來決定個人項目只報其中一項或是兩項都參賽。
資料來源/台北市政府體育局
責任編輯/Dama
| 馬達能力 | 1.5HP/最高馬力 2.75HPP |
| 速度範圍 | 1~18 公里/小時 |
| 坡度範圍 | 0~15段 |
| 跑帶面積 | 140x50cm |
| 屏幕顯示 | 9吋 TFT顯示螢幕 |
| 內建程式 | 36組內建程式/1組手動程式/5組自定義程式/1 HRC/ECO MODE |
| 避震系統 | SMART KONIK彈性避震系統/FLEX SYSTEM/6顆避震球 |
| 速度快速鍵 | 3/6/9/12 km/hr |
| 坡度快速鍵 | 2/4/6/8/10 Levels |
| 跑步機尺寸 | 174 x 76 x 143 cm(未收合) |
| 垂直收合尺寸 | 124.5 x 76 x 148.5 cm |
| 螢幕顯示 | 時間、速度、距離、卡路里、心率 |
| 支援配件 | 無線胸帶(選配) |
| 機台重量 | 85kg |
| 其他 | 喇叭、風扇、藍牙(無線傳輸)、wifi |