减阻、防割、吸能......冬奥运动员的「战袍」中竟然有这么多高科技！

　　随着2022年冬奥会的临近，我们是不是越来越期待看到运动员们驰骋赛场呢？关注冰雪运动，关注运动员矫健身姿的同时，大家有没有留意到他/她们的比赛服装？

　　关于运动员的比赛服，有什么小秘密我们不知道呢？它又是怎样为我们奥运健儿助力的呢？

　　其实，运动员的比赛服不仅要好看，还需要具备一定的功能，除了要满足吸湿排汗、保暖等舒适性方面的基本需求外，还要考虑运动特点，兼备提升运动表现等多重功能。一件好的“战袍”，还能为运动员取得好成绩提供有效的辅助。

　　来源丨网络

　　2022年冬奥会上运动员的“战袍”可谓是集结了科学家们的心血，一件“战袍”运用了许多高科技。富含科技力量的比赛服也早已运用到众多比赛项目中了，如速度滑冰、短道速滑、高山滑雪、雪车等。

　　根据比赛项目运动的特点及着装需求，作为包裹运动员身体面积最大的竞赛装备，比赛服也各有其特点。比如，冬奥会竞速类的项目，运动员对比赛服的要求主要是四大类：快、护、暖、美，那科学家们是怎么将这些功能赋予在比赛服上呢？那让小编来给你们揭秘吧~

　　1

　　快

　　紧身服的减阻功能

　　来源丨网络

　　冬奥会竞速类的项目，为了最大限度地提高运功员的速度，这些运动员大都是穿紧身运动服。而运动员对紧身衣的主要要求就是减阻。单个运动员的空气阻力包括摩擦阻力与压差阻力。

　　减阻效果受比赛服装面料的影响。空气动力学中，一般用阻力系数来判断布料的减阻性能，阻力系数越大，受到的阻力越大，减阻效果越不好。而阻力系数又与布料的气动阻力成正比。这样看来，布料的气动阻力越小，阻力系数越小，运动受到的阻力也越小，那这块布料的减阻效果也越好。

　　气动阻力 =1/2阻力系数×气体密度×迎风面积投影×气流速度2

　　科学家们通过开展面料空气摩擦阻力研究、风洞试验等，模拟各比赛项目的场景和风速、运动员的比赛姿态，对不同材质的服装面料进行探究，从它的空气摩擦阻力、气动阻力系数等指标来判断这块布料是不是具有良好的减阻效果。

　　来源丨网络

　　以速度滑冰紧身服为例，面料采用类似高尔夫球上的蜂窝结构的粗糙纹理，可以减少尾流的湍流现象，从而达到减阻效果。打个比方，高尔夫球和乒乓球，将它们用同样的力甩出去，高尔夫球能飞得更远，一是因为高尔夫球的质量比乒乓球大，二是高尔夫球表面粗糙，阻力较小。不信，可以甩乒乓球试一试，将它大力甩出去，你会发现乒乓球不是直着飞出去的，如果你想要它直着飞出去，就要使劲投掷。因为乒乓球表面光滑，它在空气中运动时会产生尾流湍流现象，所以受到空气阻力较大。而高尔夫球表面凹凸不平，可以避免在空气中运动时出现尾流的湍流现象，所以受到的空气阻力也较小。

　　来源丨网络

　　一定规律的粗糙表面可以使滑雪服降低10%的阻力，表面粗糙的面料在50-60km/h的风速之间，阻力系数骤减。所以这跟我们的常识中的面料越光滑，阻力越小的认知相反。这主要是，在一定程度上，略微粗糙的材料能够使得空气在材料表面以较为平稳的方式流过，以较好的方式引导风的流动，有助于降低压差阻力。

　　此外，科学家发现裁剪、拼接也是减少阻力的关键。面料接缝方向与气流方向一致或远离迎风位置可以减少拼接处褶皱，从而降低阻力。

　　紧身服对能量代谢、肌肉的影响

　　其实，一件好的紧身服装可以减少运动中的软组织振动，在运动员做一些转向、跳跃等高速、高冲击力的动作时，压缩性较好的紧身服可以紧紧地包裹住软组织和肌肉，减少它们的晃动，从而减少运动员的软组织或肌肉损伤。同时，适当并合理分布的服装压力，有利于减少不必要的肌肉振动，从而运动员可以减少体能消耗，有助于提升速度。

　　来源丨张谦. 滑雪服曲线设计研究. 北京服装学院.

　　就像图中展示的那样，紧身衣的曲线分割线从胯骨往大腿内侧倾斜，将该部位平行排列的大腿伸肌群（股外侧肌、股内侧肌、股直肌）紧紧地束在一起，使它们有效地捆绑成一个整体，这样可以减少运动员不必要的肌肉振颤，同时还能优化运动员流线型，减少阻力。

　　图片来源：张谦. 滑雪服曲线设计研究. 北京服装学院.

　　可能看到这，小伙伴们就不禁思考，压迫感十足的衣服不会影响运动员的发挥吗？那运动员想动一动是不是要比之前更费力呢？科学们也在思考这个问题，针对这种情况，他们对运动员在下肢紧身压迫条件下，测量其三种肌肉收缩模式（等长、等动、等速）以及落地反跳动作的力量输出和肌肉激活参数，结果显示，紧身衣不仅没有影响运动员的肌肉力量、爆发力和纵跳高度等，反而在维持相似的力量输出下降低肌电活动。换句话说，紧身服不仅对运动员的动作没有影响，还可以减缓长时间运动产生的疲劳。

　　优化运动员技术动作

　　在对紧身衣进一步的调查中，研究者发现紧身衣还可以优化运动员的技术动作。结果显示，穿着压缩裤时，垂直地面反作用力可以减小9%，压力中心移动速度降低14%且压力中心位置更靠近内测脚掌。这是动态平衡能力提升的表现，从优化运动员技术动作来提升速度。

　　2

　　护

　　冬奥会的项目大多具有冲撞性。像速度滑冰，冰刀要比普通冰刀长。稍不留神运动员就会受伤。高山滑雪项目也充满了各种危险。因此，对冲撞性项目的运动服，要特别注意“护”。

　　来源丨网络

　　短道速滑采用的比赛服整体使用高弹性切割面料，大家想象一下，我们用刀切割纸张和切割泡泡糖是不是两种结果？弹性越高，越不容易被划烂。

　　在高山滑雪项目中，运动员被要求穿过旗门，这样就会不可避免地产生一些冲撞，很多运动员的四肢经常被旗门的软杆抽打出现淤青。在最新研发的高山滑雪训练防护服里，就采用新型柱状排列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料。这种材料的面料可以有效减缓冲击，缓解运动员穿越旗门时受到的抽打。

　　来源丨网络

　　3

　　暖

　　因为是在冰雪上比赛，我们不得不考虑运动员保暖的问题。科研人员思来想去，寻找到了两种方法。一是从衣服面料下手，提升纤维的保暖率；二是利用主动加热技术，将电能转化为热能，所以运动员衣服里装电池可真不是一句玩笑话。在赛前、赛后和日常，我们的科研人员研发了“堡垒”综合保暖系统，给运动员的衣服上装上电池。

　　科学家们在运动员衣服里塞电池

　　来源 | 央视频

　　但是，对于竞速类项目来说，暖是科研人员放在最后考虑的问题。而且有的项目，如高山滑雪，它是要求衣服面料必须达到一定透气性才被允许穿上场。因为对于比赛来讲，运动员在上场之前已经热好身了，在赛场上他们只需要不受伤害，一直往前冲冲冲。比赛过程一般进行的较快，寒冷对运动员来讲影响并不大。所以当“快”和“护”与“热”有冲突时，科研人员会优先考虑“快”和“护”。

　　4

　　美

　　对于冬奥会运动员的服装，大家第一反应可能是：衣服设计的漂亮不加分，衣服就是给观众看的。其实不是，在比赛中，赛服的美观有时也会给运动员加分。例如在自由式空中滑雪技巧中，运动员在腾空时，衣服的美观会影响评委的打分。特别是衣服的色彩、图案都有可能影响着比赛成绩。

　　滑雪项目服装色彩模拟

　　来源 | 央视频

　　当然也有人表示，不想再看到番茄炒蛋经典配色了。我们都希望2022年冬奥会上的服装可以是美丽、新颖、新潮的。

　　对此，设计师刘延岭表示：在服装版型上，将会更加时尚化，往国潮方向看齐；在设计上，将会更加现代化，也许会采用更加现代化和抽象化的图形；而在颜色和搭配上，将会挑选更加靓丽的色彩，体现我们独特的国韵。

　　来源丨网络

　　说到这里，大家是不是从新的角度对冬奥会紧身服有所了解？想不到一件衣服也能有这么多的“黑科技”。虽然这一件战袍功能强大，但不妨碍它平易近人，科研人员表示这件衣服可手洗也可机洗。

　　大家伙是不是很想拥有这么一件衣服了~等到冬奥会运动员穿着他们的“战袍”上场时，大家也不要忘了给他们的衣服点赞，这背后可是科学家们的心血呢！

　　文中数据来源：杨宸灏, 杨洋, 胡齐,等. 紧身服装在冬奥竞速运动项目中的研究与应用现状[J]. 中国体育科技, 2020, 56(1):7.

　　审核专家：周立亚

　　东华大学服装学院副教授

　　转载内容仅代表作者观点

　　不代表中科院物理所立场

　　来源：数字北京科学中心

　　编辑：fiufiu