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跑鞋回彈力的真相:能讓跑步有騰雲駕霧的輕鬆感嗎?

我們在講到跑鞋性能時,一般來說最關心兩個方面,一是緩震,二是支撐。

所謂緩震也即緩衝著地時所受到的衝擊,由於跑步具有雙腳騰空期,所以著地時,人體(主要是足)會與堅硬地面發生撞擊,跑鞋緩衝性能越好,就能減少這種撞擊對於人體的不利影響;

所謂支撐也即著地時腳會發生極為複雜的偏轉,專業術語稱為內翻或者外翻,內外翻本來是正常現象,但如果內外翻過度或者不足,都有可能使得人體遭受異常應力的作用,而支撐良好的跑鞋可以減少過度內外翻,從而保護人體。

近兩年,除了緩衝和支撐,一個新的跑鞋性能指標——回彈開始引發跑者關注,從字面上跑者就比較容易理解回彈;

意思就是在著地期,鞋底夾層材料因為富有彈性會受壓變形,這樣就能夠儲備彈性勢能,而在蹬伸階段,壓縮變形的彈性材料在恢復原有形狀的同時,釋放儲存的彈性勢能。

換句話說,跑鞋的回彈似乎可以提供某種「助力」效果,那麼,回彈真的能像鞋底裝上了彈簧一樣的,讓你跑起來更省力更輕鬆嗎?

一、從原理上理解跑鞋對於提升跑步經濟性的作用

人類在追求更高、更快、更強的道路上永不止步,跑步作為速度性運動項目,怎樣跑得更快自然是焦點,從運動生理學角度而言,長距離跑步的速度由三方面決定,分別是最大攝氧量、乳酸閾、跑步經濟性。

最大攝氧量是指:人體在全身大肌肉參與的長時間運動中,所能達到的攝取氧氣的最大水平,攝氧量越高,則耐力越好,速度越快,普通人這個值在35-55ml/kg/min左右,優秀運動員可以達到55-75ml/kg/min;

乳酸閾則是:人體從有氧運動到無氧運動的臨界點,在跑步運動中,人體不可能長時間處於無氧高乳酸狀態,在乳酸沒有明顯堆積的臨界點,也即乳酸閾強度進行運動,是人體所能達到的長時間跑步的最大速度,乳酸閾所對應的速度越快,則代表耐力越好;

跑步經濟性則是指:跑步省力程度,在同等速度下,跑步越省力,功率輸出值越低,心率越低,則代表跑步經濟性越好;

這就如同甲乙兩部汽車,甲車一箱油能跑300公里,乙車一箱油能跑350公里,乙車的經濟性就比甲好。

用更直白的話說,就是在同等速度下,跑得越輕鬆、越不喘才代表跑步經濟性好。

二、跑鞋的回彈是由什麼決定的

上述決定長跑速度的三大因素中,跑鞋能夠影響的就是跑步經濟性,也就是說一雙好的跑鞋可以提升跑步經濟性,讓你跑得更輕鬆更省力。

決定跑鞋對跑步經濟性影響的因素同樣也是三個:跑鞋重量、緩衝性能、縱向彎曲硬度。三者相互影響,相互制約。

跑鞋重量大家很容易理解,輕量化的跑鞋可以大大減少跨步過程中鞋的重量所帶來的慣性,從而減少跑步能耗,提升跑步經濟性。

從這個意義上說,赤足跑步由於不穿鞋,可以將鞋重量所帶的慣性完全消除,但問題是不穿鞋跑步時,著地時將缺乏鞋的緩衝,跑者將不得的動用更多足部、小腿等肌肉來進行緩震,這就增加了肌肉用力,又導致能耗增加。

緩衝則是主要是靠鞋底夾層的緩衝材料實現,鞋底夾層也是各大跑鞋廠家PK的主要戰場,各種材料科技大行其道並且不斷推陳出新,推動了跑鞋科技含量越來越高。跑鞋緩震好不好主要看鞋底夾層材料的順應性好不好。

所謂順應性就是指彈性體在外力作用下發生形變的難易程度,表現鞋底夾層的柔軟度。

順應性越好的跑鞋在著地時形變越多,也就是跑者所謂的「踩屎感」,這就可以充分吸收地面衝擊力從而保護人體。

順應性最直觀的體會就是在海灘邊踩著沙子走路,腳會陷下去,沙子根本無法提供回彈,所以海灘上跑步特別累。

但是,絕大多數鞋底的緩震材料並非絕對標準的彈性體,而是黏彈性體,也即當外力去除之後,並不能立刻恢復原有形狀。

換句話說,跑鞋的回彈都不會特別充分,這就導致為受壓形變所儲備的彈性勢能並不會100%回饋給人體,其中還有一部分會以熱能的形式轉化,回彈率越高,則代表彈性勢能損耗越少,回彈越充分。

一般而言,緩衝越多的跑鞋相對而言,彈性勢能損耗越多,回彈相對會減少,也即順應性和回彈性是一對相對的矛盾,這也是鞋廠拚命努力的地方,鞋底夾層又要緩衝又要產生充分回彈。

另一方面,鞋的縱向彎曲硬度也跟回彈有關,所謂縱向彎曲硬度就是指一手抓住鞋前掌,一手抓住鞋跟,去彎折跑鞋,看看是否容易發生彎折。

如果很容易彎折,比如阿迪達斯的boost系列,說明鞋的縱向彎曲硬度小,而如果彎折很費勁,則說明彎曲硬度大。

正如前文所說,如果一雙跑鞋過於緩震,則彎曲硬度容易變得很小,帶來的問題就是回彈損失多。而不容易彎折的鞋則因為形變相對較少,則相對而言可以提供更多的回彈。

所以一雙跑鞋又要輕量化,又要緩衝,又要回彈,想實現三者完美統一是不可能完成的任務。

舉例來說,想要跑鞋變得很輕,所用材料就要少,所用材料少,就會導致緩衝不足,專業馬拉松運動員因為力量強,速度快,所以他們會選擇最輕,但缺乏緩衝的馬拉松競速跑鞋,而大眾跑者如果穿著競速跑鞋跑步,就很容易後半程因為缺乏保護而發生足底等部位疼痛。

亞瑟士跑鞋以緩衝見長,緩衝好就意味著所用的緩衝材料更多,帶來的問題就是跑鞋比較沉;

以亞瑟士賣得最好的KAYANO系列為例,其重量就相對比較重,緩震不錯但比較笨重,一些體重較輕的跑者會「壓不住」跑鞋,而讓跑步變得更加費力。

三、用耐克破2跑鞋來解釋回彈

這兩年,耐克因為破2計劃,給跑鞋市場帶來了很多變革,取得了良好的市場效果。

作為一場包含偉大理想,但本質就是一場徹頭徹尾的商業策劃,耐克花大價錢進行的破2計劃自然不會只是實現人類的理想,而是實現其商業價值。

耐克通過破2計劃,推出了一系列Zoom Vaporfly 4%等破2跑鞋,至今仍在大賣,且價格不菲,動輒將近2000元,仍供不應求。

耐克破2所用跑鞋

耐克的確為了破2跑鞋,進行了全新的技術研發,應用了大量科技,努力讓跑鞋做到既輕,又緩震還回彈十足。

剛才已經提到了緩震和回彈其實是有點矛盾的,過多緩震會導致回彈下降,但過於強調回彈又會讓緩震性能有所下降。

一方面耐克耐克採用了包括ZoomX技術、Zoom Vaporfly 4%技術與Vaporfly Elite技術在內的新型輕質泡沫,讓緩震仍然很充分同時還很輕,另一方面耐克創造性地在鞋底夾層應用了碳板技術,碳板讓鞋具有很好的回彈。

碳板是耐克破2跑鞋回彈充分的關鍵

跑友可能會認為讓鞋又緩震又回彈,只要將緩震材料和回彈材料放在一起不就行了嗎?

你想簡單了,如果把一個軟的緩震材料和一個硬的彈性材料放在一起,其效果並不是既緩震又回彈,而是作用相互抵消,既不緩震也不回彈。

所以怎樣讓兩個材料能混合在一起發揮協同作用而不是相互抵消作用,這絕對需要材料、力學、工程等方面專家大費周折。

耐克很成功地實現了緩震和回彈的完美結合,據稱,耐克給三名破2選手專門定製的跑鞋Zoom Vaporfly Elite鞋底夾層回彈力高達85%,但重量僅為傳統材料的三分之一。

這使得單只鞋重量僅為184克。那麼回彈真的有耐克宣稱的那麼高嗎?

2018年一篇發表於頂級運動醫學雜誌《sports medicine》的論文進行了研究。

這項研究由美國科羅拉多大學應用生理學系運動實驗室做的研究,比較了耐克破2原型跑鞋、前馬拉松世界紀錄擁有者基梅托創造2:02:57世界記錄時所穿的Nike Zoom Streak 6跑鞋,以及阿迪達斯adizero Adios BOOST 2跑鞋,論文中分別將三雙跑鞋命名為NP、NS、AB,這項研究是如何做的,結果又怎樣呢?

基梅托創造2:02:57世界記錄時

所穿的Nike Zoom Streak 6跑鞋

本次測試所用的阿迪達斯跑鞋

研究人員對於18名頂級馬拉松運動員分別穿著三雙跑鞋進行了測試,18名運動員平均最大攝氧量高達72ml/kg/min。

首先,科學家們將三雙跑鞋放置於材料實驗機上進行測試,以185毫秒的速度給予2000牛頓的力,這是模擬人在跑步著地時所受到的衝擊力,因為著地階段,人體觸地時間大概就是200毫秒左右,受到2-3倍體重的作用力。

用材料試驗機測試跑鞋回彈力示意圖

結果顯示,耐克破2原型跑鞋在經過185毫秒2000牛頓作用力之後,鞋底夾層發生了多達12毫秒的變形,但回彈力高達87%,而另外兩雙鞋不僅形變有限,回彈力也不如耐克破2原型跑鞋。

這說明耐克跑鞋不僅有充分的緩震也能提供足夠的回彈。耐克破2跑鞋之所以鞋底很厚,就是為了放入碳板,同時又能讓緩震充分。但鞋墊做得後,鞋會變重,又會影響跑步經濟性,在輕量化方面耐克做得不錯。

研究人員讓運動員穿著不同的跑鞋,在精密儀器監控下,完成了14公里/小時、16公里/小時、18公里/小時三個速度的測試,耐克破2原型跑鞋輸出功率最低,攝氧量也最低;

這也說明這雙鞋有效提升了跑步經濟性,達到了省力的目的。其平均節省了4%左右的能耗。

三雙跑鞋在14公里/小時的跑步經濟性

三雙跑鞋在16公里/小時的跑步經濟性

三雙跑鞋在18公里/小時的跑步經濟性

而對於著地作用力峰值、步頻、觸地時長的數據分析後表明,穿著耐克破2原型跑鞋會受到的相對更大的峰值應用作用,步頻會稍微有所下降,觸地時間也會稍微有所延長;

這表明,耐克破2跑鞋可能更加適合水平較高的跑者,比如全馬時間在4小時以內的跑者,對於速度較慢的跑者可能並不是十分適合。

耐克破2跑鞋跑姿參數表明其更適合高水平跑者

四、總結

回彈作為近兩年來頗受跑者關注的跑鞋性能,跑者不應該將其理解為鞋底裝了高性能彈簧。

事實上,跑鞋提供的回彈力是非常有限的,區區一兩百克的跑鞋,其彈性材料應用有限,也提供不了真正有多大實際意義的回彈,最多也就是略微提升一些跑步經濟性罷了,耐克這樣的世界頂級跑鞋公司,花了大代價,跑步經濟性的提升也就是4%。

跑者千萬不要將一些跑鞋宣稱能提供百分之六七十的回彈想像成鞋底彈性材料能將六七十公斤體重彈離地面,從而讓跑步變成騰雲駕霧,那是嚴重違背物理原理的臆想。

其實,充分發展肌肉彈性,讓全身肌肉在拉長-縮短用力過程中,能夠發揮肌肉、肌腱、筋膜等的彈性,才更有意義;

而肌肉彈性越好,跑步才會更省力,所以加強拉伸和拉長-縮短複合訓練,也即超等長爆發力訓練,對於跑者而言十分重要。

認清足部結構,正確選擇跑鞋與訓練

世界上沒有兩片完全相同的葉子,

更沒有兩隻完全相同的腳,

每個人的腳型、足弓、腳步著力點都各有差異,

因此,工廠里生產的某一版型的跑鞋

某種科學的訓練方法、跑步方法

其實並不會適合所有人的!

而長期穿著不合腳的鞋進行跑步訓練,

那麼恭喜你,

黑指甲、腳趾變形、水泡

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馮茹

南京體育學院運動生物力學教師

北京體育大學運動康復專業學士

運動生物力學博士在讀

跑姿分析專家

課程攻略

1.人體的足弓類型有哪些區別?

2.不同的足弓類型易造成哪些跑步損傷?

3.不同足弓類型如何正確進行跑鞋選擇?

4.不同足弓類型如何正確進行跑步訓練?


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