发布时间：2021-08-28所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 材料保护
《新材料技术对体育器械发展的影响》论文发表期刊：《材料保护》；发表周期：2021年04期
《新材料技术对体育器械发展的影响》论文作者信息：江志全
很多体育运动中都会用到体育器械，如球类运动中的乒乓球台和台球台、体操运动中的双杠、单杠、高低杠等。体育器械的质量与性能会对体育运动效果产生很大影响，质量不达标会存在安全隐患，如单杠的钢度与硬度不足，则不适合做大幅度动作;同时，器材性能不足也会影响体育竞技成绩，如撑杆跳高中的“撑竿”会因材料差异造成性能差异。随着新材料技术的不断发展，新型材料层出不穷，体育器械的质量和性能均得到了提升和优化，不仅安全系数更高，而且也推动了体育运动水平的不断提高。具体而言，新材料技术对体育器械的影响表现在以下几个方面。
新材料技术可以提高体育器械的力学特性。
在撑杆跳高运动中，“撑竿”最先使用的是木制竿，后来发展为竹竿，竹竿虽然弹性出众，但由于材质限制，容易在压力超过一定限度后出现折断现象。这样不仅会埋下安全隐患，还会使运动员在做动作时有所顾忌，从而影响最终的水平发挥。出于安全考虑，比竹竿硬度高的金属竿在撑杆跳高运动中得到广泛应用。金属竿不容易折断，但也有两个缺点，一是重量较大，二是弹性不足，虽然合金材料的出现大幅度降低了撑竿重量，但弹性不足这一缺点很难得到改善。从图1中可以看出，撑杆跳高运动中撑竿有着很大的弯曲程度，金属受限于材质性能，弯曲程度超过限度会难以复原，从而使弹性势能缩减。而在玻璃纤维、碳纤维等新型材料应用于“撑竿”制作后，撑竿跳高成绩不断被刷新，究其原因，则是新型材料提高了“撑竿”的力学特性。以碳纤维竿为例，当受到外界压力后，其会大幅度发生形变并将压力转化为弹性势能，而后随着形变复原将弹性势能作用于人体，达到将人体高高弹起的效果。除了撑杆跳高运动外，其它运动中也会利用新材料增加器械弹性，比如射箭、撑杆滑雪等。
新材料技术可以减少器械与接触面的阻力。
在很多体育运动中，体育器械的重量往往会影响最终成绩。比如，在图2所示的皮划艇运动中，皮划艇会与水面直接接触并在行进时产生摩擦力，而根据物理学科中摩擦力计算公式可知，重量越大，摩擦力就会越大，因此为了降低摩擦力，人们开始想方设法降低皮划艇重量，不断尝试使用部分轻质材料制造皮划艇。随着新材料技术的发展，现代的皮划艇不仅重量轻，而且与水面的摩擦系数也相应减少。具体来看，皮划艇内部使用的是混有玻璃纤维的泡沫材料，外部使用的是由玻璃纤维、碳纤维、热凝固环氧树脂等制作的玻璃钢，这种物质材料不仅坚硬，而且可降低水对皮划艇的粘度。在滑冰、滑雪等受阻力因素较大的运动项目中，相关器械运用新材料后都大幅降低了器械与接触面的阻力。比如，滑雪板不仅采用高分子材料降低了摩擦系数，还运用玻璃纤维、碳纤维等材料对滑雪板弹性、抗低温等方面进行了改进。
新材料技术降低了器械重量，增强了器械性能。在羽毛球、棒球、网球等手持器械击球运动中，羽毛球拍、棒球棍、网球拍等器械的重量、强度以及吸振性能会影响到击球效果。在图3所示的网球运动为中，运动员需要在场上来回奔跑击打来球，如果网球拍重量较大，则会额外消耗运动员的体力;发球或击球时，运动员需要掌握好力度，并且要借助球拍的吸振性能带动球的旋转，从而击球线路更加“诡异刁钻”，让对手防不胜防。如果网球拍吸振性能不好，击球时球拍与球体接触时间就会缩短，人体也会受到振动影响，因而控球难度会进一步提升。现代的网球拍框架采用了复合材料，较之木质品与铝合金具有重量轻、强度高等优势;网球线由碳纤维与聚氨酯材料制作，具有强度高、弹性大等优点，再配合网球拍框架上安装的减震器，可达到更好的吸振效果。与网球运动类似，棒球运动中棒球棍的重量与性能也会对运动效果产生很大影响。现在最新的棒球棍是由碳纤维复合材料制成，具有强度高、重量轻、吸振效果良好等特征，运动员不仅可以更轻松地挥动，还能防止手腕因振动而受到损伤。
新材料技术增加了体育器械的安全性。体育运动中存在着安全风险，而体育器械则是安全风险的重要来源。在图4所示击剑运动中，运动员需要用剑刺中对方身体获得分数，虽然运动员都穿着防护服，但在被尖锐物体刺中后也会有受伤的风险。传统击剑运动使用的“剑”通常是由碳钢制成，这种材料稳定性不足，容易在碰撞击打时内部出现“微裂”现象，从而造成剑体折断。折断后的剑体会有尖锐边缘，如果发现不及时，则会让运动员受伤。击剑比赛中确实出现过被折断部分刺伤的事故，甚至有运动员因此而丧命。之后，剑体制作材料进行了更换，使用了内部微裂几率极小且不容易折断的铁镍合金。除了击剑运动外，单双杠器械在使用玻璃纤维材料后强度更高，并且不会产生带尖端的碎片，安全性得到了很大提升。
从目前情况看，新型材料应用于体育器械后，为提高体育器械的力学特性、减少器械与接触面的阻力、降低器械重量增强了器械性能以及增加体育器械的安全性等提供了有力支撑。随着新材料技术的不断发展，还会有更多新型材料问世，未来的体育器械将会在质量和性能上得到进一步提升。
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