陸毅琛

(浙江萬里學(xué)院文體部，浙江 寧波 315100)

籃球運動包含了大量的起跳、落地緩沖、急停轉(zhuǎn)向等復(fù)雜而強度極大的下肢技術(shù)，因此一雙設(shè)計絕佳的籃球鞋能給運動員帶來事半功倍的運動效果和足部保護(hù)。在運動鞋的研究中，籃球鞋也一直是研究人員關(guān)注的重點。籃球鞋的功效性和舒適度則是籃球運動員和研究人員共同關(guān)注的焦點，功效性包括籃球鞋對足部的保護(hù)性能、承載足部力的傳導(dǎo)的有效性能等方面的內(nèi)容，舒適度則是運動員穿著籃球鞋在運動中的主觀感受，當(dāng)然這種主觀感受在足底的動力學(xué)參數(shù)上是有據(jù)可循的，本研究通過Novel Pedar－X(Germany)足底壓力測試系統(tǒng)和Kistler(Switzerland)三維測力臺同步測量籃球運動員穿著兩款不同鞋底結(jié)構(gòu)設(shè)計籃球鞋縱跳時足底和鞋底的力學(xué)參數(shù)，對比研究兩個界面間的力學(xué)參數(shù)特征，評價這兩種籃球鞋在縱跳中的功效性與舒適性。

1 研究方法

1.1 實驗被試與測試用鞋

選取男性大學(xué)高水平籃球運動員10名作為被試者，身體健康，實驗測試近期無運動損傷，無足疾和運動性障礙，足部形態(tài)功能正常。所有被試者均實驗前受某CUBA高水平代表隊籃球主教練的技術(shù)培訓(xùn)，測試動作的穩(wěn)定性較好。正式實驗前，通過預(yù)實驗，結(jié)果顯示測量數(shù)據(jù)可靠度高。兩款測試用鞋分別采用氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋和普通籃球鞋。

1.2 實驗方法

實驗要求每名被試者分別穿著氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋和普通籃球鞋進(jìn)行測試。測試采用Novel Pedar－X(Germany)足底壓力測試系統(tǒng)，采集被試者縱跳時足底的力學(xué)參數(shù)。測試同時又采用Kistler測力臺，同步測量他們鞋底的力學(xué)參數(shù)。

1.2.1 過程設(shè)計

要求每位被試者分別穿著這兩款籃球鞋各進(jìn)行10次竭力縱跳，每次間隔5min以便讓被試充分休息。為了控制縱跳過程中，每名被試者的擺臂差異給結(jié)果帶來的影響，實驗要求被試者完成無擺臂縱跳(即雙手叉腰)，Novel Pedar－X(Germany)系統(tǒng)的壓力鞋墊被平置于鞋內(nèi)，同時被試者雙腳在Kistler三維測力臺上自然開立，聽到實驗員給予的起跳信號后被試者開始無擺臂竭力縱跳，雙腳離開測力臺后結(jié)束，完成一次測量。兩套儀器分別記錄被試者穿著每款籃球鞋時竭力縱跳各十次相關(guān)的足底和鞋底的力學(xué)參數(shù)。

1.2.2 儀器設(shè)備與同步方法

Novel Pedar－X(Germany)系統(tǒng)測量的是人體足底的力學(xué)參數(shù)。測量前，壓力鞋墊需要被平鋪在測試鞋內(nèi)，用Pedar insole Cable數(shù)據(jù)線與信號放大轉(zhuǎn)換盒(Pedar mobile cable box)連接，并將信號放大轉(zhuǎn)換盒穩(wěn)固的固定在被試腰間，用Acer Bluetooth連接計算機，并在計算機Pedar－x Expert軟件中采集測試數(shù)據(jù)。

Kistler系統(tǒng)測量的是鞋底的力學(xué)參數(shù)。計算機連接并控制測力臺，分析記錄每次足對測力臺的力學(xué)參數(shù)，并通過軟件BioWare Version轉(zhuǎn)換實驗數(shù)據(jù)。

本研究采用的是兩套非同種測量儀器的同步測量，由于Novel Pedar－x足底壓力測試系統(tǒng)和Kistler測力臺各自自帶的操作軟件(Pedar－x Expert和BioWare Version)中點觸按鈕系統(tǒng)啟動到系統(tǒng)開始穩(wěn)定記錄數(shù)據(jù)之間分別存在不一致的時間差。另外，可用于這兩套系統(tǒng)同步測量的同步裝置尚未研發(fā)，沒有現(xiàn)成可用。因此無法采用“直接同步”的同步測量法。

由于以上原因，測試中只能根據(jù)實驗動作設(shè)計的特點，在采集的數(shù)據(jù)中采用“測試數(shù)據(jù)同步法”，即首先將兩系統(tǒng)依次啟動，等待其穩(wěn)定記錄數(shù)據(jù)后，給予信號讓被試完成無擺臂縱跳，縱跳結(jié)束后依次關(guān)閉兩套系統(tǒng)(無須同時)。根據(jù)力學(xué)理論—力的作用是相互的，只有被測的兩個界面間有了接觸(力的相互作用)后，才能記錄力值參數(shù)，當(dāng)被試下肢末端縱跳后離開地面時，足底和鞋底這兩個界面不再發(fā)生力的相互作用時，則兩套系統(tǒng)一定是同步記錄的壓力值為零(PS:實驗前需要將Novel Pedar－x足底壓力測試系統(tǒng)進(jìn)行“零標(biāo)定”，即每位被試者穿好鞋和壓力鞋墊后的雙足在騰空時，壓力鞋墊在足底界面輕微接觸而產(chǎn)生的微弱壓力值標(biāo)定為零)。本研究采用的“測試數(shù)據(jù)同步法”就是以兩套系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)中的這一臨界點為同步標(biāo)志，時間坐標(biāo)軸逆向同步的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩款籃球鞋舒適性的比較研究

足底壓強是籃球鞋穿著者感受保護(hù)性能和舒適度的重要指標(biāo)。同時，壓強與受力面積成反比，受力面積越大，則壓強越小，對足底局部的沖擊就越小，帶給穿鞋者相對更好的舒適度感覺。從表1統(tǒng)計結(jié)果看，受試者穿著氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋，足底受力面積平均值較大，峰值壓強和壓強的平均值均比較低，并且與穿著普通籃球鞋相比，差異顯著。再結(jié)合圖1比較明顯的差異來看，我們可以推論氣墊結(jié)構(gòu)款的保護(hù)性和舒適度要優(yōu)于普通款。

表1 兩款鞋足底受力面積、壓強

圖1 兩款籃球鞋足底受力面積和壓強

2.2 兩款籃球鞋功效性的比較研究

縱跳高度最終是受人體完成蹬伸后下肢末端(穿鞋者即鞋底)與地面作用力的大小影響。此時，籃球鞋的功效性差異就是它們將人體足部施加給籃球鞋(即足底)的作用力傳導(dǎo)到鞋底對地面的作用力的能力差異。

如表2兩款籃球鞋足底與鞋底峰值壓力值差異顯著性t檢驗結(jié)果和表3平均壓力值差異顯著性t檢驗結(jié)果所示，絕大多數(shù)被試足底的峰值壓力和平均壓力這兩個指標(biāo)參數(shù)中，氣墊結(jié)構(gòu)款低于普通款(圖2)，且均差異顯著。同時兩種籃球鞋在峰值壓力和平均壓力指標(biāo)參數(shù)中的有效降壓值(ΔMean Max Force＆ΔMean Force)也均表現(xiàn)為差異顯著。但是，在鞋底界面上，絕大多數(shù)被試穿著兩款籃球鞋時最大壓力值和平均壓力值差異均不顯著.

從以上結(jié)果可知，這兩款籃球鞋在功效上是都無法影響被試下肢末端對地面的作用力來提高縱跳高度。但是，它們可以通過各自不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別在一定程度上降低足底峰值壓力，擴大受力面積，使得穿著者感覺到不同的舒適感(如圖3)。在此，本實驗研究的氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋要優(yōu)于普通籃球鞋。

圖2 兩款籃球鞋足底峰值壓力

圖3 兩款籃球鞋足底峰值壓力3D

表2 兩款籃球鞋足底與鞋底峰值壓力差異顯著性t檢驗相伴概率P值

表3 兩款籃球鞋足底與鞋底平均壓力差異顯著性t檢驗相伴概率P值

3 研究結(jié)論

3.1 籃球鞋的功效性和舒適度的力學(xué)參數(shù)特征

運動鞋是人體在地面運動時，位于足部與地面之間的介質(zhì)。足底是足與鞋作用的界面，而鞋底則是鞋與地面作用的界面。不同鞋底結(jié)構(gòu)設(shè)計籃球鞋功效性和舒適度的力學(xué)研究，最重要和最基礎(chǔ)的就是足底和鞋底這兩個界面上的動力學(xué)參數(shù)的比較研究。本實驗結(jié)果顯示:受試者穿著氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋，足底受力面積平均值較大，峰值壓強和壓強的平均值均比較低，并且與穿著普通籃球鞋者相比，差異顯著。但是，在鞋底界面上，兩款籃球鞋的平均壓力和峰值壓力都無顯著性差異。足底和鞋底兩界面上的峰值壓力和平均壓力的差值(ΔFmax＆ΔFmean)，氣墊結(jié)構(gòu)款高于普通款，且差異顯著。

由此，可以推論，被試者穿著這兩款籃球鞋在無擺臂縱跳中，最后對地面施加的作用力大小沒有差異，表明兩款籃球鞋的功效性(即對縱跳成績的影響)上沒有差異。只有提高鞋底與地面的作用力與反作用力，人體才能跳得更高，因此，無論這兩款籃球鞋的鞋底結(jié)構(gòu)設(shè)計如何，都是無法讓人跳得更高。但是，兩款籃球鞋還是存在一定的差異，實驗結(jié)果顯示氣墊結(jié)構(gòu)籃球鞋的保護(hù)性和舒適度確實要優(yōu)于普通款。也就是說氣墊結(jié)構(gòu)設(shè)計可以通過自身的結(jié)構(gòu)特點來有效降低足底壓力，保護(hù)足部，提高舒適度。

3.2 關(guān)于實驗測量方法和儀器設(shè)備

多機同步測量是本實驗研究的關(guān)鍵，實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性直接與測量儀器的先進(jìn)性、精確度以及同步方法等因素密切相關(guān)。多機同步測量，如果多種設(shè)備的測量頻率高低不同，實驗員則必須降低所有高頻率測量儀器的采樣頻率，使得所有設(shè)備的采樣頻率與最低采樣頻率設(shè)備的水平一致。由此一來，多機同步測量，各種設(shè)備測量頻率水平的先進(jìn)性勢必影響到整個實驗的客觀性與準(zhǔn)確性。例如，本研究采用數(shù)據(jù)在時間軸逆向同步的方法，因此，準(zhǔn)確找到兩套設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)同步點是關(guān)鍵，由于Kistler測力臺的測量頻率最高可達(dá)1000Hz(采樣周期為0.001s)，但是Novel Pedar－x足底壓力測量系統(tǒng)的最高測量頻率僅50Hz(采樣周期為0.02)，因此兩機同步時，需要將Kistler測力臺系統(tǒng)的測量頻率降低至50Hz。因此，50Hz的測量頻率完全不能達(dá)到足底和鞋底分別達(dá)到峰值壓力時的時間先后差異等深入研究的要求，足底和鞋底分別達(dá)到峰值壓力的時間先后差異是在瞬間的鞋底結(jié)構(gòu)緩沖和力傳導(dǎo)過程中產(chǎn)生，這是研究籃球鞋功效中的敏捷性與有效性的重要指標(biāo)。所以，此類問題的研究必須等測量系統(tǒng)的進(jìn)步更新后再深入進(jìn)行。

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