人與器械融為一體
2008/8/14   來源：健康報(bào)  閱讀數(shù)：

□本報(bào)記者 譚 嘉□  
 
 
　　經(jīng)過3個(gè)半小時(shí)的較量，8月13日下午，瑞士名將坎塞拉拉最終奪魁，獲得了本屆奧運(yùn)會(huì)公路自行車男子個(gè)人計(jì)時(shí)賽的金牌。至此，本屆奧運(yùn)會(huì)公路自行車賽的全部4枚金牌都已經(jīng)找到了自己的主人。

　　自行車比賽是奧運(yùn)會(huì)上唯一用輪子代替腳步的競(jìng)賽項(xiàng)目。為了達(dá)到人車合一的理想狀態(tài)，人們?cè)谧孕熊嚥馁|(zhì)選擇、結(jié)構(gòu)造型上煞費(fèi)苦心，目的就是要使運(yùn)動(dòng)員和比賽器械融為一體。在運(yùn)動(dòng)器械與設(shè)施的改進(jìn)上，科學(xué)技術(shù)日益發(fā)揮著重要作用，也為奧林匹克運(yùn)動(dòng)的發(fā)展注入了更多的活力。

　　人車合一的理想狀態(tài)

　　本次奧運(yùn)會(huì)公路自行車比賽的路線被稱為奧運(yùn)會(huì)公路自行車歷史上最有難度的比賽路線。比賽路線南起北京中心區(qū)南部的永定門，北至長(zhǎng)城居庸關(guān)，終點(diǎn)區(qū)域路線是一個(gè)很有難度的上坡環(huán)形路線。運(yùn)動(dòng)員要在比賽中取勝，一輛輕便省力的坐騎是必不可少的。

　　自行車在空氣中的阻力和速度的平方成正比。有測(cè)試表明，當(dāng)車速上升到每秒11米時(shí)，空氣阻力占前進(jìn)總阻力的80%。減小阻力最有效的措施就是減少人—車系統(tǒng)在前進(jìn)方向上的截面積。身體蜷伏、臀部高蹺、背部平直的騎行姿勢(shì)能大大減少空氣阻力。自行車“羊角把”的設(shè)計(jì)就是為了成全這種姿勢(shì)。（下轉(zhuǎn)第2版）



　　專家指出，減輕競(jìng)賽用自行車的自重有助于運(yùn)動(dòng)員在比賽中更省力。自行車減重的歷史就是體育器材不斷推陳出新的過程。在自行車材質(zhì)的選擇上，鋁合金取代鋼鐵是一大進(jìn)步。更輕更強(qiáng)的碳纖維能夠讓設(shè)計(jì)者像一個(gè)“巧裁縫”，根據(jù)車架不同部位受力差異來調(diào)理碳纖維的分布方向。

　　1992年巴塞羅那奧運(yùn)會(huì)自行車比賽中，鮑德曼為英國隊(duì)奪得72年以來的第一塊金牌。他座下那輛價(jià)值連城的全碳素自行車總重量還不到9公斤。這輛自行車的引人注目之處還包括沒有輻條的碟形車輪。著名科普作家趙致真說，人類最初發(fā)明的輪子是一塊圓形木板，為了減輕重量才創(chuàng)造了輻條。但在前進(jìn)中，車輪上部的速度是車速的兩倍。高速旋轉(zhuǎn)的每根輻條都會(huì)產(chǎn)生小的氣流漩渦，給行進(jìn)帶來阻力�，F(xiàn)代超輕型材料使輻板車輪成為可能，能將空氣阻力降低5%。

　　隨著自行車競(jìng)賽的速度接近極限，器械的點(diǎn)滴改進(jìn)都十分可貴。人們嘗試用有限元分析法將自行車分解為上萬個(gè)單元，通過虛擬風(fēng)洞優(yōu)選出部件，把自行車的管材截面從圓形改成橢圓形或水滴形，讓剎車線和變速線乃至每處螺栓、螺母都隱藏在車身內(nèi)。為了減輕重量，人們還將胎內(nèi)的壓縮空氣換為氦氣。

　　自行車的輪胎也有奧秘。公路賽車的車胎寬度不足一英寸，打足氣后行駛在堅(jiān)實(shí)平坦的地面上，摩擦力和空氣阻力能減少到最低。山地自行車的車胎有所不同。為了適應(yīng)不規(guī)則的粗糙地面和便于跨越坑洼溝坎，車手就必須用較寬和布滿結(jié)節(jié)的輪胎實(shí)現(xiàn)和地面的良好接觸并產(chǎn)生有效驅(qū)動(dòng)力。

　　新材料助力步步高升

　　與自行車比賽需要依靠自行車的優(yōu)良性能一樣，競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)中的大多數(shù)項(xiàng)目都必須借助器械進(jìn)行。北京奧運(yùn)會(huì)所需要的體育器材達(dá)到2300余種，140余萬件。由于在體育運(yùn)動(dòng)中采用新材料和新器械，各項(xiàng)世界紀(jì)錄得以不斷刷新。

　　8月15日，“金牌大戶”田徑比賽將拉開序幕。比賽項(xiàng)目之一撐桿跳的世界紀(jì)錄就與新材料的運(yùn)用有著密切的關(guān)聯(lián)。從最原始的木桿、竹竿、金屬桿，到現(xiàn)在的碳素玻璃纖維桿，新材料的開發(fā)利用不斷為撐桿運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造佳績(jī)助力。撐桿跳的關(guān)鍵器材是一柄長(zhǎng)長(zhǎng)的撐桿，起著傳遞力量、積蓄能量，使運(yùn)動(dòng)員躍過一定高度的重大作用。撐桿的彈性和長(zhǎng)度是運(yùn)動(dòng)員能力發(fā)揮的關(guān)鍵。

　　據(jù)了解，運(yùn)動(dòng)員早先是用沉重、沒有彈性且容易折斷的木桿做撐桿，最好成績(jī)只有3.30米。1910年，運(yùn)動(dòng)員開始使用重量較輕、有一定彈性的竹竿，最好成績(jī)達(dá)到4.77米。隨后問世的金屬桿直徑均勻，不易彎曲，減少了竹質(zhì)撐桿易折斷的后顧之憂。運(yùn)動(dòng)員可以提高握桿點(diǎn)，加快助跑速度，成績(jī)達(dá)到4.80米。

　　1948年，重量更輕、彈性更強(qiáng)的玻璃纖維桿問世，隨后又出現(xiàn)碳纖維加強(qiáng)復(fù)合材料桿。人類的撐桿跳成績(jī)也隨之突飛猛進(jìn)。1994年7月31日，在意大利塞斯特里爾的田徑場(chǎng)上，世界撐桿跳名將布勃卡用玻璃纖維桿一舉躍過了6.14米橫桿。這項(xiàng)紀(jì)錄至今無人能及。他認(rèn)為，要提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)必須研制新的撐桿。

　　目前，研發(fā)人員已開發(fā)出更為先進(jìn)的石墨玻璃纖維合成桿。

　　彈性力學(xué)的妙用

　　彈性力學(xué)的運(yùn)用不斷推動(dòng)著體育器材的改進(jìn)，并在賽場(chǎng)上顯現(xiàn)出神奇魅力。

　　到8月13日，在本次奧運(yùn)會(huì)上，中國跳水“夢(mèng)之隊(duì)”已經(jīng)斬獲4枚金牌。在3米板比賽中，小小的跳板在“顫動(dòng)”中不斷改良完善。

　　據(jù)專家介紹，完成一個(gè)漂亮的跳水跳板動(dòng)作，關(guān)鍵是合理地利用跳板的反彈力，以獲得更好的起跳角度和高度。無論是走板起跳還是面對(duì)板的立定起跳，都需要臂、髖、膝、踝各關(guān)節(jié)協(xié)同動(dòng)作。整個(gè)身體的壓板動(dòng)作有一定高度和力量，才能與跳板振動(dòng)節(jié)奏相吻合。壓板力量愈大，踝關(guān)節(jié)對(duì)板作用的時(shí)間就相對(duì)愈長(zhǎng)，跳板的反彈力就愈大。這就為運(yùn)動(dòng)員獲得足夠的騰空高度創(chuàng)造了有利的條件。

　　鋁合金跳板的問世，淘汰了落后的玻璃纖維跳板和笨重的木質(zhì)跳板，促進(jìn)了跳板動(dòng)作難度大幅度提高。20世紀(jì)70年代，已經(jīng)出現(xiàn)了向前翻騰4周和各種姿勢(shì)的多周翻騰與轉(zhuǎn)體動(dòng)作。隨著跳水器材的改進(jìn)，跳板的彈性越來越大。這對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體平衡能力要求越來越高。 
  
 


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