發布時間：2021-08-28所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 材料保護
《新材料技術對體育器械發展的影響》論文發表期刊：《材料保護》；發表周期：2021年04期
《新材料技術對體育器械發展的影響》論文作者信息：江志全
很多體育運動中都會用到體育器械，如球類運動中的乒乓球臺和臺球臺、體操運動中的雙杠、單杠、高低杠等。體育器械的質量與性能會對體育運動效果產生很大影響，質量不達標會存在安全隱患，如單杠的鋼度與硬度不足，則不適合做大幅度動作;同時，器材性能不足也會影響體育競技成績，如撐桿跳高中的“撐竿”會因材料差異造成性能差異。隨著新材料技術的不斷發展，新型材料層出不窮，體育器械的質量和性能均得到了提升和優化，不僅安全系數更高，而且也推動了體育運動水平的不斷提高。具體而言，新材料技術對體育器械的影響表現在以下幾個方面。
新材料技術可以提高體育器械的力學特性。
在撐桿跳高運動中，“撐竿”最先使用的是木制竿，后來發展為竹竿，竹竿雖然彈性出眾，但由于材質限制，容易在壓力超過一定限度后出現折斷現象。這樣不僅會埋下安全隱患，還會使運動員在做動作時有所顧忌，從而影響最終的水平發揮。出于安全考慮，比竹竿硬度高的金屬竿在撐桿跳高運動中得到廣泛應用。金屬竿不容易折斷，但也有兩個缺點，一是重量較大，二是彈性不足，雖然合金材料的出現大幅度降低了撐竿重量，但彈性不足這一缺點很難得到改善。從圖1中可以看出，撐桿跳高運動中撐竿有著很大的彎曲程度，金屬受限于材質性能，彎曲程度超過限度會難以復原，從而使彈性勢能縮減。而在玻璃纖維、碳纖維等新型材料應用于“撐竿”制作后，撐竿跳高成績不斷被刷新，究其原因，則是新型材料提高了“撐竿”的力學特性。以碳纖維竿為例，當受到外界壓力后，其會大幅度發生形變并將壓力轉化為彈性勢能，而后隨著形變復原將彈性勢能作用于人體，達到將人體高高彈起的效果。除了撐桿跳高運動外，其它運動中也會利用新材料增加器械彈性，比如射箭、撐桿滑雪等。
新材料技術可以減少器械與接觸面的阻力。
在很多體育運動中，體育器械的重量往往會影響最終成績。比如，在圖2所示的皮劃艇運動中，皮劃艇會與水面直接接觸并在行進時產生摩擦力，而根據物理學科中摩擦力計算公式可知，重量越大，摩擦力就會越大，因此為了降低摩擦力，人們開始想方設法降低皮劃艇重量，不斷嘗試使用部分輕質材料制造皮劃艇。隨著新材料技術的發展，現代的皮劃艇不僅重量輕，而且與水面的摩擦系數也相應減少。具體來看，皮劃艇內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、熱凝固環氧樹脂等制作的玻璃鋼，這種物質材料不僅堅硬，而且可降低水對皮劃艇的粘度。在滑冰、滑雪等受阻力因素較大的運動項目中，相關器械運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，還運用玻璃纖維、碳纖維等材料對滑雪板彈性、抗低溫等方面進行了改進。
新材料技術降低了器械重量，增強了器械性能。在羽毛球、棒球、網球等手持器械擊球運動中，羽毛球拍、棒球棍、網球拍等器械的重量、強度以及吸振性能會影響到擊球效果。在圖3所示的網球運動為中，運動員需要在場上來回奔跑擊打來球，如果網球拍重量較大，則會額外消耗運動員的體力;發球或擊球時，運動員需要掌握好力度，并且要借助球拍的吸振性能帶動球的旋轉，從而擊球線路更加“詭異刁鉆”，讓對手防不勝防。如果網球拍吸振性能不好，擊球時球拍與球體接觸時間就會縮短，人體也會受到振動影響，因而控球難度會進一步提升。現代的網球拍框架采用了復合材料，較之木質品與鋁合金具有重量輕、強度高等優勢;網球線由碳纖維與聚氨酯材料制作，具有強度高、彈性大等優點，再配合網球拍框架上安裝的減震器，可達到更好的吸振效果。與網球運動類似，棒球運動中棒球棍的重量與性能也會對運動效果產生很大影響。現在最新的棒球棍是由碳纖維復合材料制成，具有強度高、重量輕、吸振效果良好等特征，運動員不僅可以更輕松地揮動，還能防止手腕因振動而受到損傷。
新材料技術增加了體育器械的安全性。體育運動中存在著安全風險，而體育器械則是安全風險的重要來源。在圖4所示擊劍運動中，運動員需要用劍刺中對方身體獲得分數，雖然運動員都穿著防護服，但在被尖銳物體刺中后也會有受傷的風險。傳統擊劍運動使用的“劍”通常是由碳鋼制成，這種材料穩定性不足，容易在碰撞擊打時內部出現“微裂”現象，從而造成劍體折斷。折斷后的劍體會有尖銳邊緣，如果發現不及時，則會讓運動員受傷。擊劍比賽中確實出現過被折斷部分刺傷的事故，甚至有運動員因此而喪命。之后，劍體制作材料進行了更換，使用了內部微裂幾率極小且不容易折斷的鐵鎳合金。除了擊劍運動外，單雙杠器械在使用玻璃纖維材料后強度更高，并且不會產生帶尖端的碎片，安全性得到了很大提升。
從目前情況看，新型材料應用于體育器械后，為提高體育器械的力學特性、減少器械與接觸面的阻力、降低器械重量增強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。隨著新材料技術的不斷發展，還會有更多新型材料問世，未來的體育器械將會在質量和性能上得到進一步提升。
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