跑鞋中的力學

前幾天發了一個關於步頻型和步幅型跑步的貼，很多同學不以為然。沒關係，今天我就用中學力學來分析一下。
跑步的原理
首先，跑步實在是一個涉及全身，太複雜的運動，各種參數太多，我們解題得先把複雜問題簡單化。我們沒法分析全身，甚至沒法分析整雙鞋，那我們就分析一下跑鞋中最重要的元素之一，中底，midsole。
我們跑步是一個不停跳起和落下的運動，當我們落下的瞬間，腳底和地麵產生作用力和反作用力。反作用力部分力向前，部分力向上。向前的力讓我們客服阻力向前，向上的力克服重力讓我們停在空中飛行。尤其是向上的力是浪費的，並不能使我們向前。原則上我們希望力都用來向前，可惜如果我們跳的不夠高，很快地球引力就要把我們抓回來，落地瞬間，造成刹車現象，降低速度。刹車造成的影響一般和滯地時間成正比，也就是滯地時間越長阻力越大。
根據動量定理，F Δt = m Δv，這裏Δt是滯地時間，F是我們受的力。產生同樣動量，力和時間成反比。我們的身體結構，肌肉力量決定了我們所能承受的力，往往是幾倍的自身體重，所以一定的滯地時間是不可避免的。我們通過訓練，可以使我們力量越來越強，滯地時間降低，效率越高。所以跑步能力變強的人，不僅是他的功率提高了，跑步效率，經濟性，也提高了。
不過事情也沒有這麽簡單，大家一定知道還有另外一種向前運動的方式，滾動向前。當物體滾動時，滯地時間是無限長的，所受的力隻是本身重量而已。與此同時，需要有個轉動的力，克服阻力向前。可惜我們人跑起來不能向球一樣滾，我們隻能利用鞋接觸地麵的那一點時間，盡量向前滾，不過最終還是得跳起來。
所有跑步的人都同時用這兩種方式運動的，但有些人可能多用第一種方跳躍式，我對應他們為步幅型，另外一些人可能更多一些滾動方式，我對應他們為步幅型。
中底的作用
原理搞清楚了，讓我們來看看，鞋，或者更簡單點，midsole對這兩種方式的影響。
首先對於跳躍式運動方式，我們每次跳起需要克服身體勢能向上做功，當落地時勢能轉為動能，我們需要反方向做工，我們再引進一條公式，W（work）=Fd（distance）。其中的d就是我們鞋壓縮的大小。為了做同樣功，我們需要更多的變形才能使我們受力變小。所以，鞋越軟對我們的衝擊力越小。大家一定注意到了動能勢能的轉換，我們的midsole就像個彈簧，也可以儲存釋放勢能，如果他們的轉換率時100%，我們就可以用它們克服重力引起的動，勢能轉換了。可惜這是不可能的，我們隻能利用midsole的彈性盡量回收勢能。不過各大廠的頂級鞋都claim有80%到90%的energy return，這也是頂級鞋跑步輕鬆的原因。
對於第二種滾動運動方式，增加滾動的方式很多，可以增加前後腳落差，drop，也可以有不同的rock design。很多設計很複雜，我一下說不清楚，可能隻有自己試過才知道。
怎樣選鞋
我們來看看，怎麽利用以上信息選鞋

• 1.初跑者。不用多想了，我們最怕的就是受力太大，就選最軟的鞋就好了。
• 2.頂尖跑者。如果你們的能力接近專業選手，也不用考慮太多。畢竟頂級鞋就是為你們設計，可能隻能從你們的偏愛來選鞋了。一個要注意一點的是，一般越軟的鞋能量損耗越大。不過最近也出了不少又軟又彈的鞋。
• 3.一般跑者。你們可以先自測一下你屬於哪種類型。給大家介紹一個簡單方法，如果你慢跑步頻170，速度跑步頻180，你可能是步幅型。如果你慢跑190，速度跑220，你可能是步頻型。另一個方法，步頻提高需要臀部發力，步幅提高需要腿部肌肉強壯穩定，你注意一下自己的發力方法。
  • 步幅型。可以選中底，尤其前底較為厚，彈性強的鞋。如果你有過多的前腳掌落地，對你造成影響，你可以考慮，rock弧度較小，低drop的鞋。
  • 步頻型。可以根據自己的運動特點選下底硬一些，有一定弧度的鞋。如果你腳跟落地，有較多刹車，可以選後底稍微軟一點，後腳到前腳過度更快的鞋。

以上選鞋方法隻是為了彌補我們的weakness。平時訓練時，你不一定要刻意避免weakness，需要鍛煉它們，所以有幾雙不同的訓練鞋也很重要。每個人都不一樣，我也隻談及了鞋子midsole這一部分，其他還有很多需要考慮。鞋子要多試試。這裏隻是希望給大家一些信息作為參考。祝大家無傷跑步，年年PR。