运动器材大演进

让残障人士战胜健全人

南非著名的“刀锋战士”皮斯托留斯天生没有腓骨，借助奥索公司的假肢参加国际田联黄金联赛，竟然在400米比赛上跑出了46秒90的小组第二名的好成绩，这个成绩甚至已达到了奥运会女子400米决赛阶段的水平。他那条名为“猎豹”的假肢造价高达1.5万英镑，弹性远胜于入体肌肉，而且永不疲倦。正常人后200米的速度远远不及前200米，而皮斯托留斯则刚好相反，他在后半程的速度无人能及，算下来比对手受快1秒34。

由于皮斯托留斯跑动所需能量只及健全人的751％，最终他还是被国际田联禁止参加北京奥运会。尽管如此，高科技器材让残障人士战胜健全人的事实无可否认，高科技对竞技体育的促进由此可见一斑。

现今。世界上约有800多万种人工化合材料，并且还在以每年25万种的速度增长，其中轻质合金、聚合物、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷等被大量用于体育器材的生产和制造。跳水板由波音飞机的机翼材料带Ⅱ成；仅重数磅的太空材料自行车造价高达百万美元；经过风洞实验的奥运帆船时速接近50节极限：聚酯弓弦可使射箭初速提高1倍；采用凯夫拉装甲材料制成的运动头盔等，正可谓“成千上万的投入，就只为百分之一秒的产出”!

比箭更快的羽毛球和用球

靠人力运作的各种运动里，网球的平均速度最快，而羽毛球的瞬时速度最快。“人间大炮”罗迪克曾攻出246.2公里／小时的顶级ACE球，达到“欧洲之星”列车和F1的水平；而在2005年的苏迪曼杯上，曾飙出每小332公里的旷世劈杀，“操刀者”为中国选手付海峰。能够实现这样高速的发球，不仅依赖于运动员的刻苦训练，更是有赖于球拍材质的迅猛发展。早期木制的羽毛球拍质地疏松、缺乏弹现场且笨重易折，铝合金、钛合金材料的使用让球拍整体性能大为改观，此后，更轻捷的碳纤维材料垄断了羽毛球拍制造业。而如今的国际先进技术已将纳米级“弗拉纶”粒子渗透到碳纤维原子的间隙中，内置的T型接头把拍框拍把连成一体，强化了整个球拍的坚固性和可控性，同时配有合成材料制作的拍弦也更加坚韧均衡和富有弹性，这些技术都让羽毛球的超级瞬时速度成为可能。

拨动球拍的琴弦

网球拍与羽毛球拍类似，其制作材料也经历了由木材到各种纤维的过程。由于网球重量是羽毛球的4倍，拍线受冲击更大，运动员回击一个时速200公里的来球受到的冲击力相当于突然举起110公斤的重物，因此强度大、重量轻的高科技球拍对保护运动员有着不可替代的作用。

另外，目前的高端网球拍多以牛肠线作横线，人造纤维作竖线组合而成。由于前者的弹性和手感至今无法被人造纤维超越，大牌运动员都把使用牛肠线球拍看作身份的标志。但由于动物产品的耐久性差，人们便用尼龙、聚酯、卡夫拉等合成纤维作竖线增加强度，以产生互补效果。

但凡球拍都有个“甜区”，这是人体通过球拍最能发力的区域。球拍的科技含量高低就体现在甜区的大小上，此类技术主要掌握在少数厂家手中，比如WILSON、PRINCE和HEAD等。由于复合材料拍框能够承受比木质拍框更强的网线拉力，所以拍头的面积能做到原来的1.5倍，网线张力提高45％，“甜区”也就变得越来越大，把飘渺的“甜区”变为得分赢球的“甜头”。由此，最陕发球纪录不断被打破，与其说是选手力气越来越大，倒不如说是球拍越来越好。

撑杆更好跳得更高

科技对一项运动方式的颠覆和改变，最明显的例子是撑杆跳高。人类撑杆跳高的纪录从2.92米到现在突破6米，绝大部分原因是对材料力学的运用。最新的碳纤维撑杆共有3层，最外层是强力的碳纤维，这种材料可以保证撑杆既结实还有很强的柔韧性，最里层则是绷带状的玻璃纤维，它能够保证撑杆不会断裂。

撑杆跳起初不过是古代士兵撑着长矛越过矮墙或跨过溪流的游戏，还有人撑着木杆跃上高大的马背。由于显得特别实用，它在第一属奥运会中就被正式吸收为比赛项目。当时的撑杆由山胡桃木制成，结实沉重，现在很多实木地板都是由这种木材制成，同时它也是做鼓槌的好材料。可拿它做撑杆却不合适，缺乏弹性、储能本领差的特性让选手的动能大多被浪费，所以跳出的最好成绩也只有3.3米。

那么利用撑杆，人类到底能跳多高呢?我们先来做个小计算。撑杆说白了是个能量转换器，把人的动能转化为势能，速度转化为高度。根据能量守恒定律可以大致计算出撑杆跳的极限高度。如今人类的瞬时速度最高为博尔特在2009年柏林世锦赛百米冲刺时创造的43千米／小时，假设动能完全没有损失，将其全部转化为势能，博尔特将能越过7.28米的杆。但撑杆跳选手不是百米飞人，何况要手握横杆，跑出10米／秒已相当不易，所以合理的极限高度在5.1米左右。

超越理论极限

竹竿取代木杆，是撑杆跳历史上的重大进步。竹子中空，比木头要轻，利于助跑，竹子的弹性更提高能量的转化效率，竹竿在提高成绩方面是名副其实的“立竿见影”。

二战后。由钢铝合金和玻璃纤维制成的撑杆先后出现。1963年，世界纪录超过5.1米的极限，达到5.28米。既然是极限，为什么还能被超过?这是因为运动员腾空后并非无所作为地等待抛掷，而是继续动作：悬垂摆体、后仰举腿、引体倒立……借助“强弩之末”的撑杆重新获得能量，故而能越过的5.1更高的横杆，这也是有人把撑杆跳高比作“跳高加体操”的原因。

玻璃纤维杆由于重量大大减轻，运动员持杆助跑速度猛增；柔性纤维落地不是硬碰硬，更像是压缩弹簧，把动能先化为弹性势能再化为重力势能。弯曲性能良好的杆让人与支点距离更近，转动半径明显缩短，竖起的力矩大大减少，以前只敢握在横杆的4米位置，现在则敢握在5米位置了，成绩自然会提高。

乌克兰“撑杆跳沙皇”布勃卡就是用玻璃纤维杆超越的6米大关，1994年，他在意大利叉一举越过6米14，几乎是第一届奥运会撑杆跳高度的2倍。如今撑杆发展到了第四代，玻璃纤维和尼龙已经被性能更优越的碳素纤维和复合材料取代，而且撑杆会根据受力差异来设计不同部位的材质，让整体性能最优。

号称“女布勃卡”的俄罗斯运动员伊辛巴耶娃也是碳纤维杆的受益者，早期的体操基本功不但赋予了她过人的胆量，也使她娴熟地掌握了撑杆跳中的技巧，把“双钟摆”效应(指人与撑杆以杆触地一端为支点进行第一层摆动，而人在杆上又以肩关节为支点进行第二层摆动)发挥得淋漓尽致，最终成就了她无人能及的5.05米记录。

千掉自行车的空气阻力

通常来说，人体的最大功率约为700瓦，但优秀运动员却有可能超过千瓦，接此计算，骑自行车的时速能够达到80公里，但现实却是世界冠军的车速也不过就是60公里。这是因为，在光滑平坦的道路上，制约自行车速度有一个最大的因素：空气。而且空气造成的风阻和速度的平方成正比，当车速度达到每秒11米时，空气阻力便占前进总阻力的80％，而当时速达到50公里时，这个比例上就会升到90％。

减少空气阻力最有效的措施是减少人与车在前进方向上的截面积，这取决于人的骑姿和车身形状。虽然有人曾设计过最符合空气动力学的“斜躺式”自行车，但目前尚未被国际自行车联盟承认，要想参赛还得骑传统模样的自行车。所以民间管赛车又叫“趴赛”，因为羊角把的设计拉低了坐姿，好像趴在车上一样，大大减少了截面积。而车架管材截面从圆形改为水滴形，选手佩戴水滴形头盔以及穿着光滑的紧身赛服等，也都是考虑到形状对空气动力的影响。

更重要的是减重

更高级的技术在于减重，重量是提高速度及加速度最大的障碍。从木制自行车，到钢制自行车，再到曾被称为“唯一合适材料”的钛材料自行车。直到最终的碳纤维车的问世，自行车的发展一直遵循着“保持车身强度的前提下减轻重量”的原则。1992年巴塞罗那奥运会，鲍德曼为英国队夺得72年来的第一块自行车金牌，他的那辆全碳素自行车总重还不到9公斤，而一辆永久牌的自行车则最重达50公斤!

比车架影响更大的是车轮重量。沉重的车轮会产生巨大的转动惯量，这就是为什么赛车车轮只有指头般粗细的原因。为了减重就要锱铢必较，甚至胎内充气都要改用氦气，氦气的分子量比氢气大不了多少，比空气可是要轻多了。

另外还有辐条，场地赛车通常不用辐条，而是没有缝隙的盘状车轮，这似乎不太符合减重的初衷，但辐条在转动中会搅动巨大的气流漩涡，所以运动员总抱怨车条就像搅蛋器，更何况车轮顶部的速度是车速的2倍，阻力是车轮底部的4倍。封闭设计能减少涡流。风洞试验表明，自行车在50公里时速下，阻力每减少1％，每10英里就能领先15米!

在体育运动中，还有更多的项目，正在被科技重新塑造。