跑鞋中的力学

前几天发了一个关于步频型和步幅型跑步的贴，很多同学不以为然。没关系，今天我就用中学力学来分析一下。
跑步的原理
首先，跑步实在是一个涉及全身，太复杂的运动，各种参数太多，我们解题得先把复杂问题简单化。我们没法分析全身，甚至没法分析整双鞋，那我们就分析一下跑鞋中最重要的元素之一，中底，midsole。
我们跑步是一个不停跳起和落下的运动，当我们落下的瞬间，脚底和地面产生作用力和反作用力。反作用力部分力向前，部分力向上。向前的力让我们客服阻力向前，向上的力克服重力让我们停在空中飞行。尤其是向上的力是浪费的，并不能使我们向前。原则上我们希望力都用来向前，可惜如果我们跳的不够高，很快地球引力就要把我们抓回来，落地瞬间，造成刹车现象，降低速度。刹车造成的影响一般和滞地时间成正比，也就是滞地时间越长阻力越大。
根据动量定理，F Δt = m Δv，这里Δt是滞地时间，F是我们受的力。产生同样动量，力和时间成反比。我们的身体结构，肌肉力量决定了我们所能承受的力，往往是几倍的自身体重，所以一定的滞地时间是不可避免的。我们通过训练，可以使我们力量越来越强，滞地时间降低，效率越高。所以跑步能力变强的人，不仅是他的功率提高了，跑步效率，经济性，也提高了。
不过事情也没有这么简单，大家一定知道还有另外一种向前运动的方式，滚动向前。当物体滚动时，滞地时间是无限长的，所受的力只是本身重量而已。与此同时，需要有个转动的力，克服阻力向前。可惜我们人跑起来不能向球一样滚，我们只能利用鞋接触地面的那一点时间，尽量向前滚，不过最终还是得跳起来。
所有跑步的人都同时用这两种方式运动的，但有些人可能多用第一种方跳跃式，我对应他们为步幅型，另外一些人可能更多一些滚动方式，我对应他们为步幅型。
中底的作用
原理搞清楚了，让我们来看看，鞋，或者更简单点，midsole对这两种方式的影响。
首先对于跳跃式运动方式，我们每次跳起需要克服身体势能向上做功，当落地时势能转为动能，我们需要反方向做工，我们再引进一条公式，W（work）=Fd（distance）。其中的d就是我们鞋压缩的大小。为了做同样功，我们需要更多的变形才能使我们受力变小。所以，鞋越软对我们的冲击力越小。大家一定注意到了动能势能的转换，我们的midsole就像个弹簧，也可以储存释放势能，如果他们的转换率时100%，我们就可以用它们克服重力引起的动，势能转换了。可惜这是不可能的，我们只能利用midsole的弹性尽量回收势能。不过各大厂的顶级鞋都claim有80%到90%的energy return，这也是顶级鞋跑步轻松的原因。
对于第二种滚动运动方式，增加滚动的方式很多，可以增加前后脚落差，drop，也可以有不同的rock design。很多设计很复杂，我一下说不清楚，可能只有自己试过才知道。
怎样选鞋
我们来看看，怎么利用以上信息选鞋

• 1.初跑者。不用多想了，我们最怕的就是受力太大，就选最软的鞋就好了。
• 2.顶尖跑者。如果你们的能力接近专业选手，也不用考虑太多。毕竟顶级鞋就是为你们设计，可能只能从你们的偏爱来选鞋了。一个要注意一点的是，一般越软的鞋能量损耗越大。不过最近也出了不少又软又弹的鞋。
• 3.一般跑者。你们可以先自测一下你属于哪种类型。给大家介绍一个简单方法，如果你慢跑步频170，速度跑步频180，你可能是步幅型。如果你慢跑190，速度跑220，你可能是步频型。另一个方法，步频提高需要臀部发力，步幅提高需要腿部肌肉强壮稳定，你注意一下自己的发力方法。
  • 步幅型。可以选中底，尤其前底较为厚，弹性强的鞋。如果你有过多的前脚掌落地，对你造成影响，你可以考虑，rock弧度较小，低drop的鞋。
  • 步频型。可以根据自己的运动特点选下底硬一些，有一定弧度的鞋。如果你脚跟落地，有较多刹车，可以选后底稍微软一点，后脚到前脚过度更快的鞋。

以上选鞋方法只是为了弥补我们的weakness。平时训练时，你不一定要刻意避免weakness，需要锻炼它们，所以有几双不同的训练鞋也很重要。每个人都不一样，我也只谈及了鞋子midsole这一部分，其他还有很多需要考虑。鞋子要多试试。这里只是希望给大家一些信息作为参考。祝大家无伤跑步，年年PR。