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体育网刊2011年第5期
 
三款品牌乒乓球鞋的减震性能实验研究

2011/9/16 10:09:37 浏览次数 8641  

翟苏迪1, 裘琴儿2
 ( 1 宁波大学 体育学院,浙江 宁波,315211;2 宁波大学 体育学院,浙江 宁波,315211;)

摘要: 采用足底压力测试仪器测试三款国内外知名品牌乒乓球鞋的减震指标,评价力学功效,为专业乒乓球鞋的设计提供生物力学数据参考。通过乒乓球运动员穿美津浓乒乓球鞋、蝴蝶乒乓球鞋和双星乒乓球鞋,完成跨步和交叉步击球动作,测试“足-鞋”和“鞋-地”界面足跟区域与前脚掌区域的动力学参数。实验结果是美津浓乒乓球鞋、蝴蝶乒乓球鞋和双星乒乓球鞋足跟区域与前脚掌区域的平均冲量、峰值压强与最大压力的反作用力三个指标在跨步与交叉步动作中都呈现出递减趋势,表明美津浓乒乓球鞋的减震性能最优,蝴蝶乒乓球鞋的减震性能其次,双星乒乓球鞋减震性能最差,同时三款乒乓球鞋的减震性能力学指标存在显著性差异(P < 0.05)。
关键词:乒乓球鞋;足底压力;减震性能;


1.前言
    生物力学的研究表明:运动鞋最主要的功能就是他的减震效果。人们把鞋底吸收或减低震荡波的能力称为鞋的减震性能。虽然足部的骨骼、韧带、肌腱等构成了天然的缓冲减震结构—足弓,但足弓所能承受的力是非常有限的。根据科学家研究统计表明,人在跑步时,脚触地的瞬间受到地面的冲击力将达到人体重的2—3倍,而快速跑承受的冲击力是慢跑承受的冲击力3倍,冲击力对人体的骨骼、关节、软组织及大脑的伤害是非常大的。而运动鞋的减震系统就是利用鞋底底材的减震特性,对运动鞋鞋底结构进行特殊设计,这样就可以使人体的体重比较平均的分布到足底,同时也避免了地面的冲击力传到足跟、踝等其他部位产生振荡,减少伤害,满足运动的需要。
    随着乒乓球比赛规则的不断改变,器材尤其是球拍、胶皮的不断改良,再加上科学的身体素质训练,乒乓球运动向着快速、凶狠多变方向发展,这就要求运动员需要更加灵活、迅捷地移动脚步。随着脚底步法幅度的增大,足底承受的压力也就随之增大,这样足部在经常受到较大压力冲击的时候就很容易疲劳,引起慢性疲劳损伤,影响运动员的训练与比赛,所以一双具有良好减震性能的乒乓球鞋对乒乓球运动员身体的保护作用是巨大的,这也是本文研究的主要出发点。

2. 研究对象与方法
2 .1 研究对象
2.1.1三款乒乓球鞋的生物力学指标与减震性能。被试者样本6名,男性,来自宁波大学体育学院乒乓球队,国家一级和二级运动员,无足病史。年龄20.4±1.6岁,身高172.8±3.8cm,体重60.8±4.7kg。参与实验的每一名被试者同意并了解实验过程,并且经过预实验,动作稳定性好。
2.1.2 测试鞋类型。本实验选取国内外三款知名的专业乒乓球鞋,分别是美津浓、蝴蝶和双星乒乓球鞋。均随机购于乒乓球鞋专卖店。

2.2 研究方法
2.2.1 足底压力实验。采用德国Novel Pedar-X足底压力测试系统,同步采集实验数据。被试者先后穿着三款不同品牌乒乓球鞋,分别完成跨步和交叉步击球动作,每个动作重复完成三次。通过系统配套的电脑同步采集“足—鞋”界面之间的参数。
2.2.2 测力板实验。采用德国EMED压力分布测量平板,被试者分别穿着三款不同品牌乒乓球鞋在测力板上进行实验操作,分别完成跨步和交叉步击球动作,每个动作重复完成三次。通过系统配套的电脑同步采集“鞋—地”界面之间的力值。
2.2.3 数据处理。“足—鞋”与“鞋—地”两个界面分别由两套专业压力系统同步测量,以保证被试者每次测量时足部对鞋与地面的作用力的同一性和相关性。根据足底压力系统提供的数据分析,确定完成这两个技术动作时候足底压力主要分布特点,通过测力平板系统自带软件对足底特别部位进行分区(本试验主要将足底分为足跟区和前掌区)可以得到各分区的峰值压强(PP)、最大地面反作用力(F-Max)和压力-时间积分值(FT)等参数,最后利用EXCEL2003和SPSS17.0软件对数据进行统计学分析.

3.减震实验结果与分析
3.1实验原理:
根据动量定理的积分形式:


式中所示合外力在一段时间t-t0内,质点动量的改变量等于这段时间内作用于质点合力的冲量,P0与P分别表示质点的初动量与末动量。因合力的冲量等于各分力冲量的和,而每一个分力的冲量可表示为平均作用力与时间的乘积。


在固定动作与训练基础上,通过测试运动员在一段时间内脚受到的平均作用力来反映运动鞋底的缓冲效果,由于测试过程中运动员“鞋-地”界面的作用力不是平均分布,因此用“鞋-地”平均冲量的大小来反映运动鞋的力学性能。
3.2实验结果与分析
    冲量是力对时间累积,是一个过程量。对于足底来说,足底在运动过程中受到的是一个变力,所以用平均冲量来反映足底在一段时间内受到的外力变化量。实验表明冲量是评价运动鞋性能好坏的一个重要指标,冲量数值越大,人体受到的伤害也随之增大。压强是单位面积上受到的外力,峰值压强就是在运动过程中足底某个区域所受的的最大压强,实验表明压强越大人会感觉越不舒服,运动过程中受到伤害的几率就越大,还可以间接反映出运动鞋减震缓冲性能的优劣。最大地面反作用力就是人体在运动过程中受到地面垂直方向最大的力值,是评价运动鞋减震性能差异最重要指标。本实验在数据处理时主要采用“鞋-地”界面与“足-鞋”界面动力学参数的差值来反映乒乓球鞋减震性能差异。运动生物力学研究表明:两界面之间差值越大说明乒乓球鞋减震性能越好。本实验的统计结果如下表:


    从表1和表2可以发现:跨步击球时无论是足跟区还是脚前掌区,平均冲量差值美津浓鞋最大,蝴蝶鞋次之,双星鞋最小,这说明跨步击球时美津浓乒乓球鞋可以最大程度降低冲量,对脚的保护效果最好。而美津浓鞋峰值压强和最大反作用力差值最大说明了它的减震效果最好。通过F 检验可以看出三款鞋子的动力学指标存在显著性差异。


    从表3和表4 可以发现:交叉步击球时无论是足跟区还是脚前掌区,平均冲量差值美津浓鞋最大,蝴蝶鞋次之,双星鞋最小,这说明跨步击球时美津浓乒乓球鞋可以最大程度降低冲量,对脚的保护效果最好,可以很好的预防运动损伤。而美津浓鞋峰值压强和最大反作用力差值最大说明了它的减震效果最好。通过F检验可以看出三款鞋子的动力学指标存在显著性差异。出现这些差异的主要原因跟他们鞋底结构还有材料有关,这说明美津浓专业乒乓球鞋鞋底的WAVE结构设计和EVA中底材料的使用是非常合理的。所以专业乒乓球鞋的研究设计应该从乒乓球运动的特点出发,将鞋底结构和材料完美结合,这样才能得到最优的减震效果,降低乒乓球运动员受伤的几率,促进这项运动健康的发展。


4 结论
4.1跨步动作足跟区与前脚掌区的“鞋-地”界面与“足-鞋”界面的平均冲量差值、峰值压强和最大反作用力差值美津浓鞋最大,蝴蝶鞋次之,双星鞋最小,得出美津浓鞋子的减震性能最好,蝴蝶次之,双星最差。三款不同品牌鞋子的动力学指标之间存在显著性差异。
4.2交叉步击球时足跟区与前脚掌区的“鞋-地”界面与“足-鞋”界面的平均冲量差值、峰值压强和最大反作用力差值呈现出与跨步动作类似的特征。

参考文献:
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