面向新材料技術(shù)推動體育運動水平發(fā)展研究

摘要：隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，新材料技術(shù)也快速得到提升并在體育運動中廣泛應(yīng)用。先進材料的運用，不僅可以讓體育競技變得激烈還可以不斷的提高運動成績，是提高體育科學(xué)技術(shù)水平的重要條件之一。文章主要根據(jù)體育的發(fā)展過程，分析了體育運動和新材料之間的關(guān)系，詳細介紹了新材料在競技體育中的應(yīng)用，不斷的提高競技水平，促進了體育運動發(fā)展;對推動體育器材、場地的科學(xué)化有著顯著影響。

關(guān)鍵詞：新材料;競技體育;科學(xué)技術(shù)

中圖分類號：TQ342;TS941.734

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0072-04

Research on Promoting the Development of Sports LevelOriented to New Material Technology

PAN Li-li

（Baoji Universitv of Arts and Sciences.Baoji Shaanxi 721013.China）

Abstract ： With the rapid development of modem science and technology，new material technology has been rapidlypromoted and widely used in sports.The application of advanced materials can not only make sports competition in-tense but also improve sports performance，which is an important condition for improving sports science and tech-nology level.According to the development process of sports，this paper analyzes the relationship between sportsand new materials.introduces the application of new materials in sporls in detail，improves the level of sports con-stantly，and promotes the development of sports;it has a significant impact on promoting the scientificization ofsports equipment and venues.

Key words ： new materials;competitive sports;science and technology

體育是一種綜合鼓勵和振奮民族精神的運動，隨著人們生活水平的提高和社會的發(fā)展，使得人們對現(xiàn)代科技的研究得到了提升，對體育也產(chǎn)生了一種無可厚非的影響。材料、能用和信息技術(shù)是現(xiàn)代三大文明支柱，是決定一個國家提高體育發(fā)展水平的重要條件?，F(xiàn)代體育要想有力發(fā)展，除傳統(tǒng)的訓(xùn)練手段和訓(xùn)練理論外，需將新材料、新技術(shù)、新工藝運用至運動器材上[1]。這些新材料的研發(fā)在運動器材中的應(yīng)用對運動成績起到了決定性的作用，也是向各國展示綜合科技能力的賽場。

1新材料對體育運動發(fā)展的作用

在體育運動中新材料的應(yīng)用主要體現(xiàn)在2個方面：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用[2]。一般運動員的裝備，包括運動服裝、運動鞋、帽子、訓(xùn)練器材和比賽器材等相關(guān)材料是直接用。間接應(yīng)用指的是裁判裝備、運動的場地、指揮通訊和信息顯示等相關(guān)材料需求。圖1所示新材料在體育運動中的應(yīng)用。目前在運動器材上應(yīng)用的新材料大致分為：硼纖維、新型陶瓷復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、非品質(zhì)金屬纖維、阿德米拉纖維、單結(jié)晶質(zhì)碳化硅纖維、熱塑性塑科（樹脂）等。新材料現(xiàn)主要在各種場地設(shè)施和各類訓(xùn)練比賽用球等方面運用居多，例如：擊劍臺、拳擊臺、體操訓(xùn)練比賽臺、射擊射箭器材、跳高器材、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球頭球桿、自行車賽車、撐桿跳高撐竿、棒球棒、釣魚竿、冰刀、冰球棒、滑雪板、登山滑雪靴、賽艇、帆船、皮劃艇、劃槳、沖浪板等，表1所示新材料的分類以及在場地設(shè)施和訓(xùn)練比賽用球的應(yīng)用。新材料的廣泛使用極大部分提高了場地器材在體育運動中的質(zhì)量與性能，在一定程度上保證了運動員使用的安全性;尤其是近幾年來，隨著新技術(shù)和新材料的飛速發(fā)展，激發(fā)了運動員自身的潛能，增強了戰(zhàn)勝的信心，使白身素質(zhì)不斷的提高[3]。

2新材料在競技體育中的應(yīng)用

2.1新材料在運動器材上的應(yīng)用

高性能新材料的誕生，在體育競技方面大大促進了運動成績。也直接對體育器材設(shè)備、運動場地和服裝的革新產(chǎn)生很大影響;涌現(xiàn)了新型的運動場地、服裝和體育器材設(shè)備。由于高新材料的廣泛應(yīng)用，新型體育器材在人民健身活動中使用更加頻繁，在一定程度上加快了全民健康運動的發(fā)展。新材料在體育項目方面的器材應(yīng)用的很廣泛，應(yīng)用在體育器材方面的新材料有以下4個特點，如圖2所示[4]。①簡單便利、手感好、比較牢固。例如：以前網(wǎng)球拍多數(shù)以木料或金屬材料制作，用料比較粗糙;現(xiàn)在多半以玻璃纖維增強材料制作，不僅重量減輕，還可以增強吸震性，更有手感。高爾夫球桿以前的制造材料是柿樹木料，韌性很差，要用很大的手勁才能揮動;后來的高爾夫球桿是輕合金制成，明顯提高了球桿硬度，其缺點是抗疲勞性能差，且價格偏貴?，F(xiàn)在的高爾夫球桿是用碳纖維材料制作，用石墨和復(fù)合材料混合制造，柔韌度良好，因為桿頭比球桿重，對球員的揮桿速度有一定提升。②有良好的安全性，韌性強。例如：以前的滑雪靴是由模壓聚氨基甲酸乙酯為材料制作的，制造出來的滑雪靴滑行時容易導(dǎo)致運動員損傷踝部?，F(xiàn)在是由尼龍制作的，質(zhì)量輕具有很強的剛性，讓運動員在滑行時感到靈巧安全。以前的魚竿多數(shù)由竹子和鋁制成，容易折斷;現(xiàn)在使用的使碳纖維復(fù)合材料來制作，制作出來的是弓形魚竿，不易折斷，有很強的韌性。登山者和航海經(jīng)常使用的繩索，以前是麻繩，用起來危險性很大;現(xiàn)在的繩索材料是石墨，多用碳纖維制作，耐磨和耐腐蝕，安全性很高。③使用期限長，具有很強的抗沖擊和耐腐蝕力。比如航海運動器械的制造材料是由乙烯纖維增強的乙烯基酯復(fù)合材料，該材料制作的器械重量輕，抗沖擊力強，不易受到海水腐蝕。④加大了活動情趣，各類用具獨具特色。比如，由發(fā)光材料制成的高爾夫球，在球賽進行到晚上時，球的表面會發(fā)出綠色的亮光，可以使球賽不會因為晚上就終止[5]。還有魚竿的夜光漂，也可以增添釣魚愛好者的樂趣。

2.1.1新材料在網(wǎng)球拍和撐桿上的應(yīng)用

體育競技項目大多數(shù)都需借助器械來進行，運動器械性能的好壞直接影響運動成績?，F(xiàn)在各類球拍、撐桿和高爾夫桿多使用石墨復(fù)合材料、碳纖維和玻璃纖維增強材料制作，增加了強度，減輕了重量并且在吸震性方面都有明顯優(yōu)勢。新材料在球拍上的應(yīng)用很快，60年代的球拍幾乎都是木制的;70年代逐漸出現(xiàn)了鋁等輕金屬、合金制成的球拍;到了80年代，有了碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維（防彈衣材料）、高強度尼龍、高強度碳纖維、高張力碳纖維、高粘性碳素聚合物等材料制品。一直到現(xiàn)在，復(fù)合材料再度成為生產(chǎn)商推薦的熱門產(chǎn)品。使用以鈦金屬與非金屬高強度材質(zhì)組成復(fù)合材料制作的球拍，變得更耐用、更輕、更硬、更能吸收震蕩和振動，使網(wǎng)球運動員在完成各種動作時更加靈活白如。例如，AndyRoddick發(fā)出的Ace球可達246.2km/h，這是在60、70、80年代不敢想象的[6]。

撐桿是跳高的關(guān)鍵運動器材。它在運動中起著積蓄能量、傳遞力量，使運動員在越過一定高度時起著至關(guān)重要的作用。運動員能力發(fā)揮的好與壞，關(guān)鍵在于撐桿的長度和彈性性能，也成為了研究人員的重點。撐桿在運動中經(jīng)歷了4個階段的改進分別是木桿、竹竿、金屬桿、和玻璃纖維桿等。各類撐桿分別對應(yīng)的最好成績是2.29m、4.30m、4.83m、6.15m。根據(jù)運動員自身的優(yōu)點，撐桿跳的競賽規(guī)則和項目特點，納米材料技術(shù)會生產(chǎn)出具有個性化的撐桿，盡可能使該項目在世界紀錄上有新的突破。表2所示撐桿的改進與各類撐桿跳出的成績。

2.1.2新材料在自行車上的應(yīng)用

空氣的阻力是制約白行車速度的主要因素。當(dāng)自行車在平坦的道路上騎行時，當(dāng)騎行速度達到50km/h，來自空氣中的阻力占全部阻力的90%，而騎行者本身造成的阻力占據(jù)空氣阻力的2/3，這些都是相關(guān)科學(xué)家預(yù)測數(shù)據(jù)。近年來率先運用碳纖維材料，采用專門制造隱形飛機的石墨纖維來制造車架和圓盤型車輪，設(shè)計制造出“超級自行車2號”的短距離專用賽車。車身穩(wěn)固，堅硬，強度比以前采用鋁合金材料的自行車比較提高了近3倍，車身寬度2.5m，重量7.2kg。1995年在泛美運動會中，一位美國運動員使用該車刷新了3項泛美記錄和1項世界記錄。

2.1.3 新材料在足球上的應(yīng)用

“古用毛糾結(jié)為之，今用皮，以胞為里，噓氣閉之而蹴之”這是唐朝人徐堅在《初學(xué)記》中記載的足球的起源以及足球的制作材料。使用天然橡膠做內(nèi)膽外包氨酯并采用多層制作以及加強襯里是典型的現(xiàn)代足球。在2002年足球世界杯制定用球“飛火流星”全部都是人工合成材料制成，表面那層合成革僅僅3mm的厚度，其中多達10層的材料有機結(jié)合制成。其中的材料彈性高、沖擊力好，都是直徑為0.1mm大小的微型氣囊組成，規(guī)則偏離密度高達cm2數(shù)萬個以上。在球整部的空氣球膽周圍除微泡混合塑料外還有一層網(wǎng)狀物，柔性非常強，被阿迪達斯公司稱為“拉歇爾經(jīng)編針織物”[7]。這層名叫“拉歇爾經(jīng)編針織物”可以防止足球變形，使球在飛行過程中的運動方向不發(fā)生改變。

2.2新材料在運動裝上的應(yīng)用

2.2.1泳裝上的應(yīng)用

運動裝的款式和衣料直接影響到運動員的成績，尤其是對游泳運動員的影響，所以在競技體育界對運動裝的開發(fā)研究是非常重視的。根據(jù)科學(xué)研究表明，如果2名推進力相同，體型相同的游泳運動員，在100m自由泳競賽中，其中的1個阻力降低1%，那他的時間就可以加快0.15s，領(lǐng)先30cm。正因為如此，泳衣對奪取金牌有著十分重要的作用。全世界都在研究如何盡可能的減小游泳者與水的摩擦，設(shè)計“低阻力泳裝”。從泳衣的材料入手，使其伸縮性、樣式、舒適程度和降低阻力等方面不斷改進。2000年3月澳大利亞某體育用品公司與圖例茨基合作推出了模仿鯊魚皮膚構(gòu)造的“快速皮膚”。該皮膚嚴格按照鯊魚的結(jié)構(gòu)比例制成，類似鯊魚皮膚上尖狀突起的脊形結(jié)構(gòu)新面料，使泳裝表面產(chǎn)生大漩渦與水流在細溝內(nèi)產(chǎn)生的小漩渦交互作用，減少阻力和肌肉震蕩?！翱焖倨つw”與以往的泳裝相比較，速度快，劃水效果更大，給運動員某些部位施加壓力，確保他們在比賽過程中保持正確的技術(shù)動作;還可以降低疲勞程度，減少肌肉顫抖[8]。據(jù)測試表明，“鯊魚皮”與普通泳衣在水中相比阻力可以減少7.5%，成績可以提高3%。2000年在悉尼奧運會上有很多選手身穿這種新型泳衣，并打破世界紀錄14次，充分的將現(xiàn)代高材料技術(shù)與現(xiàn)代競技訓(xùn)練運動用到了比賽中。直到現(xiàn)在，還有很多國家都在研發(fā)運用納米材料生產(chǎn)阻力更小的游泳衣。

2.2.2新材料在運動鞋上的應(yīng)用

科學(xué)研究表明，運動員每邁出一步，著地腳所承受的重量是體重的3倍;跑鞋的重量每增加100g，運動員的體能消耗就增加1%。所以鞋對于運動員來說非常重要。例如，在田徑比賽規(guī)則中，規(guī)定對于跑鞋上的鞋釘?shù)臄?shù)量，長度，直徑都很嚴格，所以將運動鞋的重量減輕成為各大生產(chǎn)廠家重點關(guān)注的問題。在1991年，著名短跑運動員劉易斯腳穿一雙重量僅115g，特制膠制成的專用跑鞋，鞋釘是非常堅固的陶瓷做的，減輕了20g重量。這高新材料和先進設(shè)計制作的新式跑鞋，幫助劉易斯以9.86s的成績打破世界紀錄并在動靜田徑世錦賽中奪取金牌。2000年美國飛人邁克爾·約翰遜和瑪麗安·瓊斯，在悉尼奧運會上分別穿上了由耐克公司科研人員耗時3年制作的“金縷鞋”和“水晶鞋”，極大程度的提高了他們的競技水平。因此，新型的棒球鞋，足球鞋，籃球鞋等也運用了新材料和新工藝制成，在各項比賽中發(fā)揮了重要作用。

2.3新材料在運動場地上的應(yīng)用

2.3.1田徑跑道上的應(yīng)用

20世紀60年代以前的跑道都是由煤渣混合泥沙鋪墊而成，容易對運動員身體造成損傷。后來，為了振奮精神，提高競技水平，人們發(fā)明了塑膠跑道，是一種高分子化學(xué)合成材料，不僅外形色彩鮮艷美觀，還非常具有彈性，從心里學(xué)上講，可以給運動員一種良好的舒適感，激發(fā)運動情趣。在2008年北京奧運會上，從實驗室落實于會場，是最為熱門和眼下大眾津津樂道的納米技術(shù)[9]。在北京，在奧運會上，為世界各國健兒鋪設(shè)納米跑道，該跑道比較容易保養(yǎng)，壽命長，韌性高并且比一般的塑膠跑道更符合力學(xué)特點，使運動員在競賽過程中減少損傷。

2.3.2在自由體操墊上的應(yīng)用

將現(xiàn)代科學(xué)成果中的新材料運用至體操項目器材中去，改進器材的韌性，彈性，有利于運動員創(chuàng)新動作，減少損傷，還可以發(fā)揮運動員的潛力。例如：自由體操彈簧場地的使用，為自由體操奠定物質(zhì)基礎(chǔ)需增加場地的彈性。自由體操向多周和多軸轉(zhuǎn)體方向發(fā)展。如：轉(zhuǎn)體360°、720°團身、屈體、直體甚至身后空翻3周的超難度動作，極大程度的推動了體操技術(shù)的發(fā)展，減少了運動員的損傷。

3新材料今后在體育運動中的發(fā)展

當(dāng)今科技的發(fā)展是推動競技體育的重要步驟。隨著體育事業(yè)的飛速發(fā)展，新型材料應(yīng)用于體育器械也是非常重要的。因新型材料的需求逐漸擴大，也將推動新材料的發(fā)展腳步。文中所述新材料技術(shù)對體育運動的發(fā)展影響，并針對新型材料做出分析。由于該材料的強度高，延展性強，質(zhì)量輕，易加工且具有一定的耐腐蝕性等特點，在今后體育器械發(fā)展過稱中肯定會產(chǎn)生極深的影響。未來新材料的發(fā)展方向與優(yōu)勢以圖4所示。

4結(jié)語

文章所述，現(xiàn)代體育的發(fā)展離不開高科技新材料的出現(xiàn)，正因為新材料的出現(xiàn)，才使得體育成績提高的如此之快，競賽場上競爭更加激烈。將系統(tǒng)的訓(xùn)練和科學(xué)的選材相結(jié)合，才刷新了一次又一次的世界記錄。由此可知，科學(xué)的訓(xùn)練、選材和管理不僅提高了運動員的運動成績和金牌取得量，最重要的是培養(yǎng)了運動員良好的心里素質(zhì)和思想品德。但要使現(xiàn)代競技體育平穩(wěn)發(fā)展直到取得最后的勝利，單純的靠吃苦流汗是無法實現(xiàn)的;需要的是新科技，新科學(xué)，這在體育運動項目發(fā)展中起著決定性的作用。

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收稿日期：2020-02-10

作者簡介：潘利利（1985-），女，陜西人，碩士學(xué)位，講師，研究方向：體育教育教學(xué)。