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体育器材中先进材料对竞技体育的影响

【摘要】:如今,很多体育器材都使用了先进的高科技材料,这对推动竞技体育的发展产生了重要影响。第四代“鲨鱼皮”泳衣在泳衣的臀部、胸部和大腿位置加入了光滑的聚亚氨酯材料,比“尼龙弹力比基尼泳衣”减少了5%的阻力,有利于运动员提高速度。据报道,在水立方参加游泳比赛的运动员中有90%的运动员穿“鲨鱼皮”泳衣。

体育器材和体育运动两者之间是相互依存、相互促进的,质量优良、性能稳定、安全可靠的体育器材不仅可以保证竞技体育的公平公正,而且还为推动运动水平的提升创造了必要的物质条件。如今,很多体育器材都使用了先进的高科技材料,这对推动竞技体育的发展产生了重要影响。

(一)体育器材设计

目前,世界上最好的运动装备都是和科学紧密联系的,科技的发展才能带来高科技体育运动装备的飞速发展。

体育器材的设计涉及许多学科的知识,它不仅是为了提高成绩,也是为了使器材本身更易于舒适地被使用。很明显,这种设计紧紧围绕着材料科学机械设计学和力学原理,还有解剖学、生理学及生物物理学等学科知识。生物物理学可以简单地定义为关于人的身体如何应对内外作用力的学科,这门学科尝试把力学及机械学原理运用到身体中受负荷的关节、韧带及组织上。

在设计体育器材时,材料本身众多的特征应被充分考虑,如强度、延展性、密度、抗疲劳度、韧度、减震性及费用等。为了满足体育器材的要求,材料的选择往往采取多种材料混合的方式——金属、陶瓷及混合体材料。通过采用富有创意的设计,并充分注意符合生物物理学的要求,利用不同的材料制作满足不同需求的器材。通过对比不同材料独特的属性,对不同材料的性质进行充分的评估,然后进行整合。

在复杂的体育器材设计中,往往需要设定一个明确的设计标准以便选出最佳的材料。

(二)运动装备中的化学材料演变

1.运动员的服装、训练装备

运动员的服装、训练装备一般是由化学合成材料制成的。随着化学合成材料的不断发展,运动员的服装和训练装备的材料也一直在改进,极大地促进了运动员成绩的提高。运动员的服装多采用轻便、耐磨、透气性好、防水防热的有机合成纤维,如涤纶、尼龙、腈纶、氨纶等制成。

因体育运动服装的材料和款式对运动员的成绩会产生直接影响,对于体育运动服装的开发和研究,越来越引起体育界的高度重视。在一些项目中,运动员所穿运动服装的不同,不仅影响比赛成绩,同时也会因裁判员个人对运动服装的审美差异,对最终的成绩产生影响。轻、薄、柔、暖是运动服装应具备的特色。

目前,常用的制作运动服装的衣料有防水透气衣料、吸湿排汗衣料和减少阻力衣料。防水透气衣料不仅可以有效阻止外部的水分或风进入衣服内,同时还可以及时地把人体因运动而散发的热气排出衣服之外,适合制作登山服、滑雪服、皮划艇服等。在聚酯再生纤维的混纺面料上真空蒸镀一层在高温下熔化的铝,不但可以对太阳光产生的红外线起到反射作用,同时对衣服内部的温度还可以起到有效的调节作用。冬季运动中,运动服必须具有很强的吸汗功能,以降低运动员大量出汗之后产生的寒冷感,因此就有了利用不同粗细的合成纤维单丝制作的吸汗衣料。

运动服装的衣料选择对游泳项目成绩的影响更加明显。科学实验表明,游泳时的阻力若降低1%,运动员的游泳速度可提高0.3%。澳大利亚速比涛(Speedo)体育用品公司生产的“鲨鱼皮”泳衣,经测试,运动员身着这款泳衣在水中的阻力比身着普通泳衣可以降低7.5%,运动成绩获得3%的提高。在2000年悉尼奥运会上,身着这种泳衣参加比赛的选手前后共计14次打破了世界纪录,这也再次证明了高科技对现代体育运动发展所起的巨大推动作用。

跳水、游泳运动员穿的泳衣经历了丝绸泳衣、尼龙泳衣、含有超细尼龙纤维和聚氨酯纤维的“大力士”泳衣等演化过程。第四代“鲨鱼皮”泳衣在泳衣的臀部、胸部和大腿位置加入了光滑的聚亚氨酯材料,比“尼龙弹力比基尼泳衣”减少了5%的阻力,有利于运动员提高速度。据报道,在水立方参加游泳比赛的运动员中有90%的运动员穿“鲨鱼皮”泳衣。(www.chuimin.cn)

2.碳纤维材料的应用

铝合金、钛金属取代钢铁,尤其是更轻、更强的碳纤维广泛使用后,自行车几乎发生了脱胎换骨的变化,赛艇、雪橇、滑雪板等运动器械也为之面目一新。碳纤维制成的网球拍、羽毛球拍不但强度增加、质量减轻并且“甜点”扩大。

3.钛的应用

钛合金的强度超过优质钢,但质量更轻,因此它被广泛用于球拍、球杆的制造。

4.纳米材料与体育器材

纳米材料属于超微颗粒,1 mm=1 000 000 nm,此状态下的物体,其物理特性已经发生变化。

纳米技术被应用于竞技运动中,利用塑胶材料做成塔当跑道,用玻璃钢尼龙制作撑竿,采用5种不同纤维制作的连体紧身运动服可以影响机体温度并减少阻力,用透明塑料制作的“水晶跑鞋”,用碳素纤维材料制作的质量轻、强度大的自行车架,并通过风洞实验使其造型达到抗阻最佳状态。利用纳米技术进行运动员科学选材、防止运动性疲劳和加快恢复过程、进行运动员的机能评定、提高运动员的运动能力;将营养成分制成纳米粉或悬浮液,增加机体吸收率,以更好地发挥营养补剂的生物活性提高运动能力。

新型比赛服装、“海绵坑”的出现使体操、技巧等项目的技术动作发生了革命性的变化。射击器材的空心柄和铝质枪托减轻了枪的质量,使枪的重心更为合理;采用新材料制作的紧凑小巧的X-10钨箭头等,都使体育器材在提高体育成绩方面起到了重要作用。

户外运动衣服的选择

夏季户外运动时人体大量出汗,衣服很快就湿透了。很多人到达目的地以后,往往任凭衣服湿着,企图靠自己的体温把衣服烘干。这样做是极其有害的,长此以往,会引发风湿或关节炎等疾病。

应对措施:参加活动前,在背包里带上一套备用的贴身干衣服(特别是上衣)和一件外套,到了目的地以后,即刻把湿衣服换下来。活动中休息的时候,在风很大的情况下,如果休息的时间较长,要及时穿上外套,否则风会把身体的热量大量带走,人的身体冷热交替,很容易引发疾病。

为方便汗水挥发和散热,参加户外活动时穿的外衣最好买化纤面料的快干服装,最佳的户外运动服装是快干并防紫外线的衣服,裤腿最好可以拆卸下来。