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為什麽跑步領域很少系統地關註空氣動力學邊際效益?

2025-01-06科學

因為空氣阻力在跑步中的相對影響較小,關註空氣動力學的效益非常低

在跑步時,運動員的速度通常在5.8-8 m/s(約21-29 kph),而自由車運動員的速度則更高(30-60 kph)。空氣阻力的影響隨速度平方增長,因此在自由車運動中,空氣阻力占總阻力的比重更大,最佳化的潛力也更高。

對於跑步來說,地面反作用力和重力對跑步運動員能量消耗的影響遠大於空氣阻力,尤其是在中長跑這種耐力運動中,空氣動力學效益可能只占總能量的2-3%。所以與其做加法,去大量使用一些諸如氣動頭盔的空氣動力學配件,跑步運動科技選擇了減法,即裝備的輕量化上。更輕量的鞋服配件,帶來的效益明顯提升遠勝於過度考慮空氣動力學上。

正因如此,跑步運動基本把所有的升級點都加在了鞋類產品上。最顯著的例子是近年來碳纖維板與新型發泡材料在跑鞋上的廣泛套用,大大提升了能量反饋和降低了硬體自身重量,使得無論是業余愛好者還是專業運動員的運動表現都有了顯著的提升。

其實,並不是說跑步運動不想在空氣動力上找突破口,但跑步的動態過程實在太復雜了。在跑步過程中,運動員的四肢持續運動,包括身體核心在內的全身姿態不斷變化,很難像自由車運動員那樣保持固定的流線型姿勢。自由車手可以調整騎行姿勢(如下伏、減少正面迎風面積),而跑步者在保持高效跑姿的同時降低迎風面積的空間非常小。

當然了,哪怕在再有限的空間中,只要有一絲可能,運動科學家還是會盡全力找到突破口。

在田徑運動中,尤其是短跑,緊身衣和特殊材料的比賽服已經被廣泛使用。不過哪怕是融入了一定程度的空氣動力學考量,但這些衣服的實際使用效果有限,因為跑步時風阻的影響並不占主導。

同時,田徑運動對服裝和裝備有嚴格的規定,例如國際田聯(IAAF)對競賽服的材質和結構有很嚴格和具體的規定,以確保比賽的公平性。過於明顯的空氣動力學最佳化可能被認為是「不公平優勢」,你很難想象一個帶著氣動頭盔的百米飛人,這在一定程度上限制了進一步的空氣動力學最佳化。

而在長跑中,因為比賽的距離和用時大不一樣,實際上需要考慮的東西要復雜得多,除了某些非壓縮性的緊身褲之外,極少見到緊身衣的穿著,因為緊身服裝在中長跑中有比較難以克服的缺點。

首先,長跑運動非常註重服裝的散熱和舒適性。因為長時間跑步會導致體溫上升,寬松的衣服更有利於空氣流通和汗液的蒸發,有助於保持身體涼爽。而緊身衣可能會限制空氣流動,使體溫更難降下來,這在長跑中可能會導致熱疲勞。

另外,長跑過程中,皮膚和衣服之間長時間接觸容易引起摩擦,導致擦傷或紅腫。寬松的衣服由於不會緊貼皮膚,能有效減少這種問題。而且寬松的衣服通常比緊身衣更舒適,特別是在長時間運動時,減少了衣服對身體的壓迫感。

最後,長跑需要持續擺動手臂和擡腿,寬松的衣服不會限制關節的活動範圍,有助於保持自然的跑步姿態。緊身衣雖然能提供支撐和壓縮效果,但可能會讓部份運動員感到束縛,不利於長時間的持續運動。

所以,哪怕是中距離的場地賽中,運動員依然以選擇寬松衣服為主。

如果一定要在寬松服裝上搞事情,也不是不可以。早幾年,Nike推出了一個叫AeroBlades的技術,這個技術在Breaking 2中也有被使用。

據Nike稱,透過在服裝表面配置這些由聚酯材料制成的小型鰭狀突起物,透過風洞和實際套用測試,能減少跑步運動員身上受到的空氣阻力從而提升運動表現。但實際是,這個科技現在已經銷聲匿跡了。我自己也有一件,使用感受就是——挺有科技感的。

另外一些話。

除了服裝外,中長跑對氣動的研究還滲入到隊形中去。在2017年耐吉牽頭的Breaking 2計畫中,為了配合吉普喬格實作破2的目標而設計的配速人墻(金字塔型)。

這很好理解,前面的配速員形成一堵墻,為後面的跑者降低風阻。但很遺憾,因為種種原因,最後吉普喬格並沒有實作破2的目標。

而在兩年後的Ineos 1:59 Challenge裏,吉普喬格的隊形變成了這樣:

當時,整個破2計劃的理念又得到進一步的發展。在氣動方面,透過研究發現,之前的隊形並不是最佳的。簡單來說,現在這個隊形,前面的跑者不單是制造風墻,更應該說制作一道強風流,風流最終沖擊在吉普喬格前一個配速員身上,為身後的他創造出一個狹小「無風區」。這在【最後的裏程】記錄片裏有很清晰的解釋。

當然了,在現實比賽裏這種隊形幾乎是不可能存在的,精英運動員在纏鬥中輪流破風,反而比較可能,因為這也是一種不成文的君子禮儀。