不同鞋底设计运动鞋对运动员原地起动的力学影响

陆毅琛

(浙江万里学院 文体部，浙江 宁波 315100)

·运动生物力学·

不同鞋底设计运动鞋对运动员原地起动的力学影响

陆毅琛

(浙江万里学院 文体部，浙江 宁波 315100)

30名大学生运动员穿着两款不同鞋底设计(气垫夹层和纯EVA材质)的运动鞋后，进行双臂固定原地纵跳和站立式原地起跑两个原地起动动作，研究采用Kistler牌的三维测力台和Quattro Jump纵跳台，测量分析他们的纵跳高度和起跑时间。研究发现：30名运动员穿鞋底气垫夹层运动鞋时，双臂固定原地纵跳的腾起高度平均值51.73cm，站立式原地起跑的平均时间0.342s；穿鞋底纯EVA材质运动鞋时，双臂固定原地纵跳的腾起高度平均值52.20cm，站立式原地起跑平均时间0.339s。结果表明：被试穿鞋底气垫夹层运动鞋时，其纵跳高度和起跑时间的均值稍低于他们穿鞋底纯EVA材质运动鞋，但差异不显著。由此，可以认为这两款运动鞋不同的鞋底设计并不能给运动员原地起动动作带来差异显著的力学影响。

鞋底设计；原地起动；力学影响

运动鞋的核心科技几乎都表现在鞋底设计上，国内外各大运动鞋厂商纷纷运用其专利性的鞋底设计来炒作概念，其中不乏真正能帮助运动员在足部落地时起到减震缓冲效果的鞋底设计，比如耐克的鞋底气垫夹层设计，风靡全球。但是，这样的鞋底设计除了落地动作外，能否帮助运动员在整个运动过程的各个动作中有更好的表现？本研究试图通过生物力学的实验，验证这两款鞋底设计对运动员原地起动动作的力学影响。

1 研究方法

1.1研究内容

运动员在地面上各项运动中，起跳和起跑是最基本和最常见的动作，因此研究中的原地起动动作即设定为双臂固定原地纵跳和站立式原地起跑动作，利用Kistler牌的三维测力台和Quattro Jump纵跳台分别测量分析30名被试分别穿两种不同鞋底设计运动鞋时的起跑时间和纵跳高度。

1.2研究对象

30名体育学院在读大学生运动员，健康状况良好，足部功能和形态完好，无足部疾病和足部运动障碍，经过实验前这两项动作的培训，强调要点和稳定性，保证获得的数据具有较高的可靠性。

被试用鞋采用随机选购的鞋底气垫夹层设计同款运动鞋尺码不一各5双和鞋底纯EVA材质的同款运动鞋尺码不一各5双。

1.3测试仪器设备

业界公认的权威仪器：Kistler牌的三维测力台与Quattro Jump纵跳台。三维测力台可以精确测量足底施加于测力台表面的X、Y、Z轴上的压力、扭矩和作用时间等参数，并通过BioWare Version软件进行统计与分析。纵跳台则通过运动员在其台面纵跳时获得的运动员体重、离开与落地间隔时间和压力值等动力学参数，自动换算出纵跳高度。

1.4测试过程

1.4.1 双臂固定原地纵跳高度测试。 受使者被要求双手叉腰固定，整个过程不允许摆臂，两脚自然站在纵跳台上，保持稳定，当听到实验者给予的声音信号后开始原地跳起，落地时两脚稳定落在纵跳台平台上，此时，系统根据获得的动力学参数自动计算起跳高度，并记录此次纵跳高度的数据。被试每人分别穿两款鞋竭尽全力跳三次，每次测量的时间间隔在5分钟以上，以保证被试得到充分的休息。

1.4.2 站立式原地起跑时间测试。 受使者被要求两脚前后自然地站在三维测力台上，保持身体重心稳定。为了避免受使者个体间的反应时间差异对实验结果的影响，而先开启系统后给受使者信号，受使者听到信号后可以随时自主触发起跑，此时，测力台完整地记录下运动员起跑时足部施加给测力台三维方向的力随时间变化的数据。有效数据截取是从受使者原有稳定的身体重心状态即作用力发生显著变化为开始，起跑后双脚均蹬离测力台即作用力消失为结束的这段时间，这段时间即被定义为起跑时间。同样的，每人穿两款鞋底设计的运动鞋分别测试3次，每次测量的时间间隔在5min以上，以保证受使者得到充分的休息。

2 研究结果与分析

2.1双臂固定原地纵跳高度测量的结果与分析

30名受使者双臂固定原地纵跳的平均高度分别是：穿鞋底纯EVA材质设计运动鞋是52.20±4.99(cm)，而穿鞋底气垫夹层设计运动鞋是51.73±4.82(cm)。(见表1)

参考表2数据，分析认为受使者穿这两款不同的鞋底设计运动鞋对他们的纵跳表现没有显著性影响。

表1 纵跳高度的基本描述统计量

表2 纵跳高度的两配对样本t检验结果

2.2站立式原地起跑时间测量的结果与分析

30名受使者起跑时间均值分别是：穿鞋底纯EVA材质设计的运动鞋时是0.339±0.037(s)，穿鞋底气垫夹层设计的运动鞋时是0.342±0.042(s)。(见表3)

参考表2数据，分析认为受使者穿这两款不同的鞋底设计运动鞋对他们的起跑表现没有显著性影响。

表3 起跑时间的基本描述统计量

表4 起跑时间的两配对样本t检验结果

3 结 论

通过生物力学实验测量研究发现这两款不同的鞋底设计运动鞋对双臂固定原地纵跳和站立式原地起跑这类主动性触发动作的影响差异并不显著，由此，可以判断不同鞋底设计的运动鞋并不是在运动过程中的任何动作都带来有效的力学影响，一些厂商炒作的概念性鞋底设计并非像其广告中形容的这么全面和有效。

[1] 李建设,顾耀东,陆毅琛,等.运动鞋核心技术的生物力学研究[J].体育科学，2009(5):98-113.

[2] Keiji Koyama, Joji Umezawa,,Toshiyuki Kurihara,etc.The Influence of Position and Area of Shock Absorbing Material of Shoes on Ground Reaction Force during Walking[C].6th World Congress of Biomechanics 2010 Singapore.IFMBE Proceedings Volume 31, 2010: pp 262-265.

[3] Jin-Rae Cho,Seung-Bum Park,Sung-Hyun Ryu,etc.Landing impact analysis of sports shoes using 3-D coupled foot-shoe finite element model[J].Journal of Mechanical Science and Technology Oct.2009,23(10):2583-2591.

MechanicalImpactsofDifferenceSoleDesignShoesinHumanStandingStartMotions

LU Yi-chen

(PE Dep，artment Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China)

The researcher measured the jump height and get off time of start actions(vertical jump start and run start) of 30 male college students,who weared air-sole shoes and EVA-sole shoes by Kistler Quattro Jump Plate and Kistler force plate. Results:When they wearing air-sole shoes,the results were 51.73cm high in vertical jump and 0.342s in mean run start time. When they wearing EVA-sole shoes,the results were 52.20cm and 0.339s. EVA-sole shoes appeared performing better than air-sole shoes,but the difference was not significant in statistical analysis.Therefore,these two sole designs bring them the same mechanical impact.

shoe sole design; standing start motion; mechanical impact

1004-3624(2013)02-0118-02

G804.61

A

2013-01-09

陆毅琛(1981-)，男，浙江嘉兴人，硕士，讲师，主要研究方向：运动生物力学.