运动生物力学在羽毛球鞋设计中的运用研究

羽毛球鞋是运动员和运动表面的介质,羽毛球运动需要基于高性能羽毛球鞋完成技术动作与步法。羽毛球鞋不仅要为运动员提供充足支撑力,还要具备良好的减震性与抓地力。羽毛球鞋的性能直接影响运动员下肢动作与负荷形式,是提高运动表现、预防运动损伤的关键要素。因此,应基于运动生物力学分析,明确运动员在羽毛球运动动作中所承受的力,以科学合理地设计与人体工程学原理高度契合的羽毛球鞋。据此,本文详细分析了羽毛球鞋的运动生物力学特征,从运动生物力学视角对羽毛球鞋鞋面、鞋底、后跟设计进行了探究。

鞋前掌楔形结构对羽毛球前场蹬跨步动作的生物力学影响

目的探讨放置在羽毛球鞋前掌部位的楔形结构对前场蹬跨步动作产生的影响,为提高羽毛球鞋的运动表现及防护羽毛球运动损伤提供参考。方法招募20名高校羽毛球专项学生作为受试者,采用重复性测量的实验设计。实验用鞋为前掌部位放置了2种不同高度楔形结构的羽毛球鞋和作为对照鞋的普通羽毛球鞋。结果楔形结构能够增大前场蹬跨步动作触地阶段的跖趾关节最大背屈角度(P <0. 05)和跖趾关节活动范围(P <0. 05),增加跖趾关节最大蹬伸速度(P <0. 01),增加踝关节最大外翻角度(P <0. 05),降低踝关节最大内翻角度(P <0. 05),能够降低前足受到的侧向力(P <0. 05),增加踝关节的最大外翻力矩(P <0. 05),增大踝关节最大跖屈力矩(P <0. 01)。结论 (1)在运动员完成前场蹬跨步动作的着地阶段,穿着前掌具有楔形结构的羽毛球鞋没有对膝关节运动产生影响,未来研究应关注于楔形结构的高度及材料硬度对膝关节的影响。(2)前掌楔形结构降低了运动员踝关节的稳定性,建议作为训练鞋使用以增加训练效果,但在比赛中应谨慎穿着。(3) 0. 008 m楔形高度羽毛球鞋不仅能够增加前场蹬跨步着地过程中跖趾关节的蹬伸速度,帮助提升运动表现,而且能够降低前足受到的侧向力,改善鞋的缓冲效果,有助于降低羽毛球运动中前足的损伤风险。

运动鞋对羽毛球典型步法中跖趾关节和后足稳定性的影响

以优秀男子羽毛球运动员为研究对象,以最常用的前场蹬跨步法为例,重点运用现代生物力学技术分析了蹬伸(前足屈曲)和着地(稳定)动作的生物力学特性,就不同运动鞋与裸足运动时的生物力学特征进行了对比,探讨了运动鞋对羽毛球运动员下肢生物力学特征的影响及其可能机制。研究发现,对羽毛球运动而言,跖趾关节在足部功能具有一定的重要性;着鞋相对于裸足而言应该更有利于跖趾关节背屈,进而提高蹬地效果;羽毛球运动蹬跨步法着地时不同着鞋状态均呈现一定程度的后足外翻;利用鞋可以有效控制足后部的外翻,进而降低因过度外翻而造成的肌腱、肌肉、韧带的过度负荷,保护下肢免于受到伤害;判断鞋是否确实存在提高后足运动活动度以足够缓冲地面冲击负荷的关键就在于外翻过度的"度"确切为多少。在上述研究基础上,从前足屈曲和后足稳定等几个角度探讨了羽毛球运动下肢生物力学特征对运动鞋研发的启示,认为羽毛球专用鞋应具有适当屈曲刚度,既不会改变足的易屈曲性,也不会额外增加足部负担以克服鞋刚度进行屈曲,又能够辅助提高蹬地效率,增强足部"扒地"效果;羽毛球专用鞋应能有效控制足后部的外翻运动,进而降低因过度外翻而造成的肌腱、肌肉、韧带的过度负荷,保护下肢免于受到伤害。