不同走跑步长对人体需求摩擦系数及下肢生物力学的影响

作     者：王家雨 

作者单位：宁波大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾耀东;苏晓翔

授予年度：2022年

学科分类：0403[教育学-体育学] 04[教育学] 

主      题：摩擦系数 运动生物力学 步长 

摘      要：研究目的:本研究探究步行和跑步时不同步长下对人体需求摩擦系数和右腿支撑期过程中髋关节、膝关节、踝关节角度影响,利用AMTI三维测力台得出右腿在整个支撑期过程地面反作用力变化情况,利用足底压力测试系统采集右侧下肢整个支撑期过程的足底压力,分析步长对于人体需求摩擦系数及下肢生物力学的影响,最后找出鞋底最需要提升止滑能力的区域,为运动品牌公司提高鞋底止滑能力提供理论科学依据。研究方法:本研究先测出两种不同鞋底在不同界面下的动态摩擦系数,然后选取15名男性受试者穿着同一双测试鞋,探究步行(35cm、55cm、75cm)和跑步(90cm、110cm、130cm、150cm)时的步长对人体需求摩擦系数及下肢生物力学的影响。为了分离出步长对于人体需求摩擦系数的影响,本次测试步行速度控制在1.3±0.2m/s,跑步速度控制在3.3±0.2m/s。VICON运动捕捉系统用来采集受试者下肢运动学数据,AMTI测力台同步采集受试者右腿支撑期地面反作用力数据,足底压力采集使用Footscan足底压力分布测试系统,高速摄像机使用日本Photron公司生产的高速摄像机。统计数据由SPSS 24.0分析软件处理。在探究步行和跑步时不同步长下的人体需求摩擦系数和对下肢运动学、动力学结果是否有差异性时,先对数据分布形式即是否是正态分布用ShapiroWilk测试检验,正态分布的数据用单因素重复测量方差分析(One-Way Repeated Measured ANOVA)进行统计,显著性水平设定在0.05。研究结果:运动学方面,不同步长步行测试中,当步行为75cm时,触地时刻鞋与地面的背屈角度、接触速度还有髋关节屈曲角度、膝关节屈曲角度、速度显著性大于步长为35cm步行时的数据。不同步长跑步测试中,当步长为150cm时,触地时刻鞋与地面的背屈角度、接触速度、膝关节弯曲角度、最大外展力矩显著性大于步长90cm时的数据,当步长为130cm时触地时刻鞋与地面的接触速度显著性大于步长90cm时的数据。动力学方面,不同步长步行时,步长35cm、55cm、75cm三者之间的第一峰值、人体需求摩擦系数存在显著性差异,且都是前掌蹬伸阶段人体需求摩擦系数大于后跟着地阶段。步长为75cm时的峰值压强显著性大于步长为35cm时的峰值压强。不同步长跑步时,动力学差异与步行测试时几乎一样,但是跑步的人体需求摩擦系数(RCOF)没有直线步行时的人体需求摩擦系数(RCOF)大。结论与建议:当设计鞋底后跟、前掌止滑区域时可以结合本次研究结果,一方面可以为企业减少制鞋成本,一方面减少因鞋底止滑区域设计不当带来的损伤风险,造成无法挽回的结果。当我们步行时,应尽可能选择短的步长,这时人体需求摩擦系数小,减小了滑倒的风险,并且在挑选鞋时应考虑到后跟、前掌止滑区域是否符合自己用鞋的标准。