發(fā)布時(shí)間：2021-08-28所屬分類：免費(fèi)文獻(xiàn)瀏覽：1次
摘 要： 材料保護(hù)
《新材料技術(shù)對(duì)體育器械發(fā)展的影響》論文發(fā)表期刊：《材料保護(hù)》；發(fā)表周期：2021年04期
《新材料技術(shù)對(duì)體育器械發(fā)展的影響》論文作者信息：江志全
很多體育運(yùn)動(dòng)中都會(huì)用到體育器械，如球類運(yùn)動(dòng)中的乒乓球臺(tái)和臺(tái)球臺(tái)、體操運(yùn)動(dòng)中的雙杠、單杠、高低杠等。體育器械的質(zhì)量與性能會(huì)對(duì)體育運(yùn)動(dòng)效果產(chǎn)生很大影響，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會(huì)存在安全隱患，如單杠的鋼度與硬度不足，則不適合做大幅度動(dòng)作;同時(shí)，器材性能不足也會(huì)影響體育競(jìng)技成績(jī)，如撐桿跳高中的“撐竿”會(huì)因材料差異造成性能差異。隨著新材料技術(shù)的不斷發(fā)展，新型材料層出不窮，體育器械的質(zhì)量和性能均得到了提升和優(yōu)化，不僅安全系數(shù)更高，而且也推動(dòng)了體育運(yùn)動(dòng)水平的不斷提高。具體而言，新材料技術(shù)對(duì)體育器械的影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
新材料技術(shù)可以提高體育器械的力學(xué)特性。
在撐桿跳高運(yùn)動(dòng)中，“撐竿”最先使用的是木制竿，后來發(fā)展為竹竿，竹竿雖然彈性出眾，但由于材質(zhì)限制，容易在壓力超過一定限度后出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。這樣不僅會(huì)埋下安全隱患，還會(huì)使運(yùn)動(dòng)員在做動(dòng)作時(shí)有所顧忌，從而影響最終的水平發(fā)揮。出于安全考慮，比竹竿硬度高的金屬竿在撐桿跳高運(yùn)動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。金屬竿不容易折斷，但也有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是重量較大，二是彈性不足，雖然合金材料的出現(xiàn)大幅度降低了撐竿重量，但彈性不足這一缺點(diǎn)很難得到改善。從圖1中可以看出，撐桿跳高運(yùn)動(dòng)中撐竿有著很大的彎曲程度，金屬受限于材質(zhì)性能，彎曲程度超過限度會(huì)難以復(fù)原，從而使彈性勢(shì)能縮減。而在玻璃纖維、碳纖維等新型材料應(yīng)用于“撐竿”制作后，撐竿跳高成績(jī)不斷被刷新，究其原因，則是新型材料提高了“撐竿”的力學(xué)特性。以碳纖維竿為例，當(dāng)受到外界壓力后，其會(huì)大幅度發(fā)生形變并將壓力轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，而后隨著形變復(fù)原將彈性勢(shì)能作用于人體，達(dá)到將人體高高彈起的效果。除了撐桿跳高運(yùn)動(dòng)外，其它運(yùn)動(dòng)中也會(huì)利用新材料增加器械彈性，比如射箭、撐桿滑雪等。
新材料技術(shù)可以減少器械與接觸面的阻力。
在很多體育運(yùn)動(dòng)中，體育器械的重量往往會(huì)影響最終成績(jī)。比如，在圖2所示的皮劃艇運(yùn)動(dòng)中，皮劃艇會(huì)與水面直接接觸并在行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生摩擦力，而根據(jù)物理學(xué)科中摩擦力計(jì)算公式可知，重量越大，摩擦力就會(huì)越大，因此為了降低摩擦力，人們開始想方設(shè)法降低皮劃艇重量，不斷嘗試使用部分輕質(zhì)材料制造皮劃艇。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的皮劃艇不僅重量輕，而且與水面的摩擦系數(shù)也相應(yīng)減少。具體來看，皮劃艇內(nèi)部使用的是混有玻璃纖維的泡沫材料，外部使用的是由玻璃纖維、碳纖維、熱凝固環(huán)氧樹脂等制作的玻璃鋼，這種物質(zhì)材料不僅堅(jiān)硬，而且可降低水對(duì)皮劃艇的粘度。在滑冰、滑雪等受阻力因素較大的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，相關(guān)器械運(yùn)用新材料后都大幅降低了器械與接觸面的阻力。比如，滑雪板不僅采用高分子材料降低了摩擦系數(shù)，還運(yùn)用玻璃纖維、碳纖維等材料對(duì)滑雪板彈性、抗低溫等方面進(jìn)行了改進(jìn)。
新材料技術(shù)降低了器械重量，增強(qiáng)了器械性能。在羽毛球、棒球、網(wǎng)球等手持器械擊球運(yùn)動(dòng)中，羽毛球拍、棒球棍、網(wǎng)球拍等器械的重量、強(qiáng)度以及吸振性能會(huì)影響到擊球效果。在圖3所示的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)為中，運(yùn)動(dòng)員需要在場(chǎng)上來回奔跑擊打來球，如果網(wǎng)球拍重量較大，則會(huì)額外消耗運(yùn)動(dòng)員的體力;發(fā)球或擊球時(shí)，運(yùn)動(dòng)員需要掌握好力度，并且要借助球拍的吸振性能帶動(dòng)球的旋轉(zhuǎn)，從而擊球線路更加“詭異刁鉆”，讓對(duì)手防不勝防。如果網(wǎng)球拍吸振性能不好，擊球時(shí)球拍與球體接觸時(shí)間就會(huì)縮短，人體也會(huì)受到振動(dòng)影響，因而控球難度會(huì)進(jìn)一步提升。現(xiàn)代的網(wǎng)球拍框架采用了復(fù)合材料，較之木質(zhì)品與鋁合金具有重量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì);網(wǎng)球線由碳纖維與聚氨酯材料制作，具有強(qiáng)度高、彈性大等優(yōu)點(diǎn)，再配合網(wǎng)球拍框架上安裝的減震器，可達(dá)到更好的吸振效果。與網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)類似，棒球運(yùn)動(dòng)中棒球棍的重量與性能也會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)效果產(chǎn)生很大影響。現(xiàn)在最新的棒球棍是由碳纖維復(fù)合材料制成，具有強(qiáng)度高、重量輕、吸振效果良好等特征，運(yùn)動(dòng)員不僅可以更輕松地?fù)]動(dòng)，還能防止手腕因振動(dòng)而受到損傷。
新材料技術(shù)增加了體育器械的安全性。體育運(yùn)動(dòng)中存在著安全風(fēng)險(xiǎn)，而體育器械則是安全風(fēng)險(xiǎn)的重要來源。在圖4所示擊劍運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員需要用劍刺中對(duì)方身體獲得分?jǐn)?shù)，雖然運(yùn)動(dòng)員都穿著防護(hù)服，但在被尖銳物體刺中后也會(huì)有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)擊劍運(yùn)動(dòng)使用的“劍”通常是由碳鋼制成，這種材料穩(wěn)定性不足，容易在碰撞擊打時(shí)內(nèi)部出現(xiàn)“微裂”現(xiàn)象，從而造成劍體折斷。折斷后的劍體會(huì)有尖銳邊緣，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，則會(huì)讓運(yùn)動(dòng)員受傷。擊劍比賽中確實(shí)出現(xiàn)過被折斷部分刺傷的事故，甚至有運(yùn)動(dòng)員因此而喪命。之后，劍體制作材料進(jìn)行了更換，使用了內(nèi)部微裂幾率極小且不容易折斷的鐵鎳合金。除了擊劍運(yùn)動(dòng)外，單雙杠器械在使用玻璃纖維材料后強(qiáng)度更高，并且不會(huì)產(chǎn)生帶尖端的碎片，安全性得到了很大提升。
從目前情況看，新型材料應(yīng)用于體育器械后，為提高體育器械的力學(xué)特性、減少器械與接觸面的阻力、降低器械重量增強(qiáng)了器械性能以及增加體育器械的安全性等提供了有力支撐。隨著新材料技術(shù)的不斷發(fā)展，還會(huì)有更多新型材料問世，未來的體育器械將會(huì)在質(zhì)量和性能上得到進(jìn)一步提升。
