高中知识背景拓展专辑第5期---运动篇

高中知识背景拓展专辑第5期---运动篇高中知识背景拓展专辑第5期---运动篇妈言爸语高中知识背景拓展专辑第五期--本期策划及编辑：郑州聪爸2012年1月30日运动与科技..2撑竿跳的变迁..7运动鞋的功勋..13漫长的奔跑..20运动与科技世界纪录现在因为高科技的发展而越来越轻易被打破了，有些人甚至开始担忧竞技体育终将沦为高科技的奴隶。

不过鲜为人知的是，从训练场地到运动饮食，从衣帽鞋袜到功能奇妙的各类器械，科技早就无处不在了。

高科技影响运动员成绩的新例证发生在今年3月23日举行的欧洲游泳锦标赛上。

这天，法国选手贝尔纳打破了男子50米自由泳的世界纪录。

破纪录并不是什么稀罕事，稀罕的是贝尔纳在前两天已经连续两次刷新男子100米世界纪录。

也就是说，在荷兰埃因霍温举行的欧洲游泳锦标赛上，贝尔纳一个人就三次改写世界纪录。

如果只是贝尔纳一个人神勇，我们还可以用天才来解释，可是无独有偶，2008年3月份的世界泳坛，有13次世界纪录被打破，势头如此之猛、密度如此之高的破纪录，让人不得不考虑实力之外的原因，是什么因素让破世界纪录变得如此容易呢？自动调节热量的运动衣在13次新世界纪录中，有12个是由身穿同一款新泳衣的选手们打破的。

所以，在贝尔纳获得男子50米自由泳金牌后，法国游泳协会的技术主管福凯公开指责贝尔纳是靠高科技泳衣创造神奇。

这样的事情并不是没有发生过。

2000年悉尼奥运会上，飞鱼索普就是靠一袭高科技的鲨鱼皮泳装连夺5枚金牌，不同的是，这次贝尔纳穿着的泳装比索普的泳衣更高级，索普的泳衣是第一代鲨鱼皮泳衣，同样一个人，穿着这件世界上第一款全身粘合接缝、超声波缝合的泳衣，速度会比穿着2004年发布的鲨鱼皮第二代还快10％，比2007年4月发布的鲨鱼皮第三代快5%，也就是说，即使是索普穿着曾经夺冠的泳衣再和贝尔纳较量，也未必能获胜。

这是因为新一代泳衣内部有排水结构，可以增加运动员的浮力，比旧款的鲨鱼皮减少了5％的阻力，比皮肤的阻力还小。

抗阻力为何对运动员如此重要？因为即使是最出色的游泳运动员也有92%的能量浪费在克服三种阻力上：摩擦阻力、压差阻力和水波阻力，在激光模拟和计算机流体力学帮助下，人们发现摩擦阻力是最容易克服的，于是人们发明了两种独特的纤维——Fastskin和Flexskin，并用它们模仿鲨鱼皮肤的机理制成泳衣，再结合运动体力学和人体工程学的原理，所以世界纪录才破的如此之快。

抗阻不仅只对游泳项目有效，事实上，大多数体育项目成绩的提高，都得归功于与空气阻力斗争的成功。

1988年的汉城奥运会上，美国短跑名将乔伊娜打破了100米世界纪录。

研究者发现，乔伊娜的身体以接近每小时22英里的速度向前移动时，她双腿的实际频率已达每小时50英里。

那将近30英里的速度去了哪里？原来，身体和空气摩擦力，尤其是双腿由此遇到的阻力是速度损失的主要因素。

有了这项基础研究，研制者将如何减少奔跑中的阻力、修补和塑造短跑运动员双腿曲线作为研制攻关的重点。

2000年耐克公司研制的速达服Swiftsuit亮相于悉尼奥运会上时，正是基于对空气阻力的研究，这件运动服使运动员的身体曲线更为流畅，简明鲜艳的红白色系也制造出快如闪电的视觉效果。

澳洲女飞人凯西·弗里曼首次穿上这件极度另类、从头套到脚的运动衣上场时，叫人看傻了眼。

然而在她夺下400米金牌后，它也成为史上最快的战衣。

这件衣服的神奇之处不仅在于减小阻力，还可以调节热量。

这件衣服的颜色由深浅两种色彩搭配而成，深色材料放在需要吸热的地方，浅色材料放在需要反射的地方，不同的材料使空气更流通，有助于平衡体温。

人体在运动时，特定的部位会特别热，需要透气通风或自由活动。

SwiftSuit根据此运动原理，采用数种不同的驱汗布料立体剪裁组合，在腋下、背部及胸部下侧等聚热区采用透气网状布料散热。

肘部、膝部和背部用3D裁减，可以令活动更自如，同时有效减低运动员在移动时与空气产生的阻力。

而看上去有些滑稽的头套可以减少3％的阻力，相当于2000米长跑比赛中少跑2.4米的距离。

飞人们的运动鞋一件运动服就有如此神奇的效果，如果运动员穿着技术含量更高的运动鞋，更是如虎添翼。

美国运动员刘易斯在1991年举行的东京田径世锦赛上，以986的成绩打破百米世界纪录，他获胜的重要功臣就是它穿的跑鞋。

刘易斯的鞋只有115克重，鞋底镶着轻盈而坚固的陶瓷鞋钉。

由于陶瓷耐磨而且钉子附近无任何黏附物，鞋的重量比普通跑鞋减轻了20克，这就为他破100米世界纪录打下了坚实的物质基础。

因为跑鞋的重量每增加100克，体能消耗将增加1%。

约翰逊在1996年亚特兰大奥运会上曾夺得200米和400米两枚金牌，他的跑鞋重116克，而且也许是世界上最昂贵的跑鞋，因为鞋面全部由24K纯金制成的颗粒包裹，金光灿灿。

而有史以来最轻的跑鞋穿在了美国女飞人琼斯的脚上，这双鞋由极其昂贵的透明塑料制成，总重量只有99克，这双鞋没有后跟，因为设计师通过对琼斯的跑步姿势进行观察发现，琼斯在到达终点前时脚后跟不着地，于是，这双没有后跟的跑鞋为琼斯带来了一个又一个的世界冠军。

飞人刘翔的红色魔鞋也并不逊色于上述的几位运动员，他的钉鞋采用了当今最先进的高科技技术，鞋帮采用特殊的穿孔设计，足尖部位设置了锁定系统，轻薄富有弹性的鞋底上还有6个可换位的鞋钉，抓地力更强，而且重量只有115克，比金缕鞋还要轻。

长跑鞋则更注重运动员在长时间运动时的感受，2004年的雅典奥运会上，阿迪达斯设计的长跑鞋内底和侧带都垫上了金属衬箔，以反射热量，因为地中海的阳光会令雅典公路表面灼热。

智能网球拍的保护功能高科技不仅体现在运动员身上，也体现在各个运动项目的器材上。

以最流行的足球运动为例，一个小小的足球中也蕴含中科技的力量。

世界杯的每一个样球必须用传感器探测，保证每个足球都是完美的球形。

在测试中，样球必须被加速到每小时50公里，射向钢板达到3500次，最后还要被塞进一台内部用粗糙砂纸衬垫的洗衣机里经受考验。

足球外表以前要用32块材料合成，现在减少到14块，材料之间的连接空隙更小，这样的革新使球外表面拼接点从原来的60个变为24个，降低了60%，而拼接线的总长度也从40.05厘米降到33.93厘米，减少了15%以上，最大程度地消除了球体表面不规则的凹凸，令球体呈现完美圆弧，有效提高了足球运行的精准度，因为足球的圆形程度和表面光滑度直接决定着它运行的稳定性和精准度。

不光是足球智能，就连看上去毫无科技感可言的网球拍也有智能一说。

新的超智能网球拍使用了超刚性钛纤维制造，用这种材料制成的球拍比较坚硬，可以击打出更快速、更有力的球。

而且在拍面边缘还安装高科技的钛金属防震装置，这样可以保护初学者和那些非力量型选手的手关节和腰背肌肉受伤。

乒乓球拍的材料变化更是引发了乒乓球技术的重大革新和改进，比如球拍由胶皮取代木拍后，横拍左右开弓和削球技术就能够出现；厚海绵拍的使用则促进了长抽打法的形成；正胶粒海绵拍促进了近台快攻技术的形成；反胶粒海绵拍则促进了弧圈球技术的形成。

科技在运动器械中的运用，最直接的体现还在于比赛成绩，最明显的例子当属撑杆跳高。

人类撑杆跳高的纪录从2.92米一直到现在突破6米，很大原因是因为材料力学在撑杆跳高中的运用。

现在运用的碳纤维撑杆共有3层，最外层是强力的碳纤维，这种材料可以保证撑杆既结实还有很强的柔韧性，最里层则是绷带状的玻璃纤维，保证了撑杆不会断裂。

2008年北京奥运会还将用电动撑杆跳高架，每次升降横杆都用电动控制，速度可以达到每秒5米。

这种电动撑杆跳高架准确率非常高，高度都由激光测试，可以大大减轻裁判员的劳动，也能节约比赛时间。

撑竿跳的变迁1994年7月31日，意大利塞斯特里尔田径场，号称跳高沙皇的乌克兰运动员布勃卡揭竿而起，把自己的身体撑向蓝天，一举越过了6.14米横杆。

这是人类克服地球引力的凯歌，也是人类体育运动目前所达到的高度上限。

在布勃卡时代，天下好手参加撑杆跳高比赛常常只有亚军可争了。

撑杆跳高究竟起源于何时已经很难考证。

在远古的年代里，人们撑着一根木杆或长矛跨过溪流，越过短墙，腾上马背……此后渐渐发展为一项体育运动。

1789年，德国人普茨跳过了1.83米，这大约是历史上第一个有案可考的撑杆跳高纪录。

早期撑竿跳高1896年的第一届奥运会上，撑杆跳高就成为最引人入胜的正式比赛，不过属于体操项目。

当时使用的撑杆大多由山胡桃木制成。

美国运动员威廉.霍亚特靠着这种沉重、坚硬、粗笨的实心木杆，创造了3.3米的世界纪录。

幼年时代奥运会的滑稽故事在撑杆跳高项目中也不乏其例。

1904年在美国圣路易举办的第3届奥运会上，日本选手左间代.富士从容不迫把撑杆插到地上，然后以极其麻利的动作来了个顺竿爬，直到高过横杆时才轻松跳下。

他的这种杂技表演不仅令观众目瞪口呆，也叫裁判不知所措。

此后才制定了起跳后握杆双手不能交替移动的游戏规则。

1896年雅典奥运会美国运动员泰勒（右）获撑竿跳高第二名用竹竿取代木杆，是撑杆跳高历史上的重大进步。

竹竿更富有弹性，天然的中空结构使撑杆的重量减轻有利于快速助跑。

1908年伦敦奥运会上，美国耶鲁大学学生吉尔伯特第一次使用竹杆跳过3.71米获得冠军。

他随后从巴黎购买了大量竹竿行销到美国各地。

盛产上乘竹子的日本曾领尽风骚，洛杉矶奥运会上，日本选手西田修平仅以1厘米之差直逼霸主美国队，柏林奥运会两位日本运动员把奖牌切开再焊接成两块银、铜各半奖牌，这类奇迹和轶事都发生在日本撑杆跳高的辉煌时代。

而历经5年时间阴干和炮制的日本撑杆工艺也首屈一指，各国好手几乎都把来自竹乡上野、四国的日本撑杆视为珍稀的上选。

竹竿时代的世界纪录上升到了4.77米。

第二次世界大战没有理睬古奥运会神圣休战的原则，第12、13届奥运会成为历史上永远的空白。

作为交战双方，欧美国家从日本进口竹竿的渠道也完全阻断。

而苦难中的人类并没有因战争而丧失撑杆跳高的兴致，他们被迫另辟蹊径，早在1920年代便有人尝试的金属撑杆开始备受青睐。

和自然生长的竹竿相比，这种用瑞典钢和铝合金制成的空心撑杆更加轻便光洁，尺寸标准，坚牢柔韧，运动员可以更放心大胆加快助跑和提高握杆点而不用再担心折戟沉沙。

世界纪录因此而提高到4.80米。

另外一项看似简单却功不可没的发明，是插杆斗的使用。

早期的撑杆为了防止打滑，都在末端安上一个或者一组粗大的铁钉。

1908年伦敦奥运会上，美国运动员吉尔伯特在撑杆的落地处挖了个坑，结果被视为犯规。

直到1924年，木制的插杆斗才成为撑杆跳高的标准配置，从此运动员有了一个稳定可靠的支点。

1952年，当更轻、更韧、更富有弹性的玻璃纤维撑杆第一次在赫尔辛基奥运会出现时，谁也没有预料到撑杆跳高将进入一个梦幻般的新时代。

1961年美国运动员戴维斯创造了玻璃纤维撑杆的第一个世界纪录4.83米。