探讨体育器材中先进材料的使用对竞技体育发展的影响

孙晋媛

摘要：随着科学技术的不断进步，出现了一些高分子材料与复合材料。在体育器材中应用这一系列的先进材料，不但使体育器材性能增强，而且使运动员的比赛成绩提升。为此，本文主要分析了各种体育器材中应用的一些先进材料，且明确了使用的先进材料对竞技体育发展形成的影响作用。

关键词：体育器材;先进材料;竞技体育;影响

中图分类号：TQ050.4⁺3文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）05-0122-03

体育器材通过机械理论以及力学原理的应用，属于一种作用于人组织、韧带、关节上的器材设计。为了确保运动员成绩的提升与安全性，最为理想的体育器材设计涵盖了很多学科的知识，像是材料科学、力学理论、机械设计学等。为此，在设计体育器材时，不但应有效兼顾材料的减震性、密度、韧度、强度等，而且应兼顾材料的安全系数，从而确保运动员不会受到伤害。下面，笔者主要对体育器材中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响问题进行了简要地分析。

1自行车中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响

自行车这种输送设备非常高效，自行车的发展主要体现在车轮与车架上。能够看作自行车为一个被改造的空间框架，其骨架是菱形结构的。对于骨架材料的选择，应注重其强度设计。在不兼顾成本的条件下碳填料是最为理想的材料。当然，也能够应用钛、镁、铝。在兼顾成本的条件下，适宜应用钢。除了使碳纤维混合料骨架强化之外，当前也制造混合骨架，像是注重联合应用钛与碳纤维混合物。基于山地自行车对稳定性的要求，业已生产制造强化玻璃钎维尼龙的圆盘车轮。针对圆盘车轮而言，其应用碳纤维混合材料或铝合金逐步取代了以往的车轮辐条材料。为了提供优良的侧空气动力性能和稳定性，也制造五辐的车轮或者是三辐的车轮。例如，历年的环法自行车比赛选手的平均速度证实，在自行车中应用碳纤维可以使运动员的比赛成绩大大提升。

2网球球拍中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响

作为一项十分受青睐的网球运动而言，其在大概30年前应用的是木质球拍，在级别与水平较高的比赛中，运动员应用的球拍材料是加蓬榄木、木岑木等。在上个世纪的60年代，占据主导性的是混合材料球拍，随着网球拍逐步应用铝制或钢制金属混合框架，不但使球速提升，而且使危险性振动减缓。当今，网球拍重点应用钛、镁、钢、铝、等混合物制作而成。然而，在向球传输较大力量的基础上，因为高硬度的碳纤维混合材料比金属材料硬，在撞击球的情况下频率较高的振颤非常容易形成，为了实现如此振颤力度的降低，务必完善和优化球拍柄。完善的球拍结构往往是巢状的聚氨醋泡沫（被注射进去），球拍柄的组成部分是一个软质内核、很多层强化纤维。除此之外，球拍受到FR纤维的较大振颤减缓效果，因此其形成的硬度非常大。作为网球拍艺术的典型代表，wilson·flk的组成部分是12%的凯维拉斯、4%的纯氧化铝陶瓷、84%的石墨。石墨提供要求的硬度和强度，当“甜点”的外部范围跟球形成撞击的情况下，能够避免扭转球拍头部，以使球拍头部的偏斜减小，能够有效地减缓振颤，而应用的扭转凯维拉斯纤维可以使其应用寿命与强度增加。

3运动鞋中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响

在一系列的体育运动当中，时时处处都可以见到新科技的运动鞋，其不但对运动者的安全与健康形成保护，而且直接决定了运动的效果。像是在田径运动中，运动员的比赛常常严重受到运动鞋的影响作用。针对运动鞋鞋钉而言，未曾要求鞋钉的重量以及位置情况，然而，却清楚地规定了鞋钉的直径、数量、长度等。结合科学试验的分析证实，运动员每每跨出一步，其脚部受到三倍于体重的重量。倘若跑鞋的重量提高0.1kg，那么运动员的体能消耗将提升1%，特别是针对短跑比赛而言，比赛的结果受到鞋钉重量的显著影响作用。为此，应对鞋钉的有关形状和位置进行合理、科学的设计。再者，除球员自身之外，具备高科技水平的运动鞋也常常是运动场上的最大亮点。其中，Adidas设计的“奇钉”大大地改变了足球鞋底的设计理念，puma在设计皮雷的球鞋中应用了自身的cell减震技术，diadora与nike更是淋漓尽致地体现了如此的人体工学设计理念。其中，nike先是将zoom减震科学技术应用于足球鞋中，在鞋垫的后掌和前掌上体现减震胶的形式。除此之外，猎鹰系列应用十分出名的powerpulse技术，以此提升对皮球的摩擦力。total 90和刺客等系列鞋表层具备一层亮物质，从而对足球进行迅速锁定。技术的应用使足球跟足部之间减少了材料，并且使触球感提升，这在迅速运球的过程中显得十分重要。动态贴合高帮鞋领具备尤为理想的贴合感，这大大改进与完善了外形轮廓，使球鞋变成延展足部的感觉大大增强。mercurial superfly中非常关键的重大改进技术涵盖布里奥缆线，可以在鞋面直接织人这一系列的缆线，再结合锁眼孔向外底连接。如此类似肌腱的支持不断向脚后跟延续，为此，这种款式的球鞋类似于弹弓的理论，可以将往前的推力提供给球员，以及应用了柔韧性非常理想的全新的全掌碳纤维底盘，这样一来，有利于球员由地面获取非常强大的反作用力效果，进而在比赛过程中可以实现理想的比赛成绩。

4泳装中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影響

在早期的分析中，荷兰的专家证实跟不穿泳衣进行游泳形成的阻力要小于穿泳衣进行游泳形成的阻力。如此的结论表明改进泳衣的价值和意义。在汉城奥运会上，美国的马特比昂迪（游泳名将）基于“大力士”泳衣的支持下，打破了自由泳50米的世界性纪录，斩获了一枚铜牌、1枚银牌、5枚金牌。并且，美国对也打破了4×100m混合泳和自由泳接力、4×200m自由泳接力等项目的世界纪录。从此之后，无论是在体育界，还是在舆论界，如此类型的泳衣又被叫做零阻力泳衣。基于科学技术的持续进步，为了确保顺着身体表面流动水流，不断出现一系列新的材料，人们通过新材料制作泳衣，而新泳衣的发展趋势和方向是实现身体凹凸性的提升，以及避免运动员穿着的泳衣中进入水，换言之，尽管泳衣中可以进入水，可是也可以迅速地排出水分。除此之外，能够确保运动员的身体呈现为美丽的流线型。在2000年的时候，速比涛公司对鲨鱼皮肤进行了研究，从而设计出了Fast Skin（鲨鱼皮）的泳衣，该种类型的泳衣能够全身性地包裹运动员。由于鲨鱼皮肤具备比较粗糙的褶皱（v形），因此能够高效地流过身体表面的水流，从而实现水流摩擦力的显著降低，最终确保运动员可以迅速地游泳。结合此理论，当运动员往后划水的过程中，鲨鱼皮泳衣可以为其带来动力，在接缝位置模拟人的肌腱。与此同时，根据激光检测的运动员身体的数据信息，通过特氟纶纤维（不亲水的特点）精心设计了泳衣，实现设计的三维化，从而对运动员的脚踝和手腕进行严实地包裹。不但这样，如此的泳衣还对人皮肤予以模仿，使用弹性的布料。事实证实，当运动员游泳时能够降低3%的水阻力，进而让运动员可以在千分之一秒的时间中取得比赛的胜利。

5撑杆跳撑杆中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响

在上个世纪50年代末的时候，基于科技的不断进步，撑杆比赛获得了良好的发展机会。在雅典奥运会（1896年）中，撑杆跳借助竹竿可以达到十英尺六英寸的高度。在复合材料被高温定型之后，制作的玻璃纤维复合杆（有机树脂与玻璃纤维的粘合）具备弹性大、承载能力强、耐用、重量轻等优势，因此变成撑杆跳选手的必备器材。当结束助跑向斜穴插入的情况下，运动员应用玻璃钢撑杆可以转变迅速往前的能量为杆的形变能量。并且，在最大程度地压弯撑杆之后，运动员能够借势往上转换杆的形变能量。应用这种技术，美国运动员在上世纪20年间（60至70年代）一直是这方面的佳绩创造者，取得了世界性的垄断地位。在上个世纪80年代时，欧洲逐步取得了撑杆跳的优势，其在复合材料撑杆上应用一系列性能较高的纤维，像是前苏联的运动员在1985年应用新碳纤维撑杆取得了6m的好成绩。为了可以在一系列的极限运动中取得佳绩，当前世界的体育竞争中各个发达国家都注重科技的应用，这表现在体育器材和运动训练上，而先进的材料和高新技术是其中的一个关键因素。其中，作为国际性的撑杆跳比赛而言，恰恰是因为应用了精度高的混合物撑杆，才一次又一次地取得了佳绩。

6体育场地中先进材料的使用及其对竞技体育发展的影响

毋庸置疑，体育场地表面的材料会从一定程度上影响选手的比赛成绩，以及影响选手的比赛舒适感和生物力学特怔。一是运动员在运动的过程中，其身体肌肉会持续收缩和发力，这会冲击运动员身体的肌肉或某个部位，进而使其形成运动伤害。为此，竞技体育比赛对地板、地面等有关性能具备十分严格的标准和要求。当今，在体育竞技比赛的地板与地面中普遍地应用一种新的、跟米粒大小相同的橡胶碎片，如此种类的橡胶碎片地板的优势在于缓冲性、柔软性、弹性等，这从某种程度上可以使选手受到的膝关节、踝关节、脚等的冲击力大大降低，从而对其身体进行保护。除此之外，如此类型的底板具备空气伸缩性以及空气弹力层，从而实现理想的消音效果，这样一来，在体育竞技比赛时地板的震动情况基本不会出现。二是由于竞技体育比赛的目标是更强、更快、更高，因此在竞技体育的發展进程当中，所有的有关的体育工作者都想在改进和优化材料设施的基础上提高选手的竞技体育比赛成绩。跟以往使用的跑道材料相比较而言，当前使用的塑胶跑道弹性较强，其铺设材料是高分子化学合成材料。塑胶跑道的优势在于可以使选手的蹬地能力大大提升，进而让其加速脚步，并且可以让选手膝盖位置抬高，从而增加每一步的步幅，让选手获得更加理想的比赛成绩。

7结语

总而言之，随着当前科学技术的不断进步，出现了很多的高分子材料和复合型材料，在体育器材中应用这些先进的材料，不但能够使器材的性能提升，而且可以使选手取得更加理想的比赛成绩，并且能够推动竞技体育的良好发展。