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跑步速度对足底压力大小影响的研究


跑 速 对 底 力 小 响 研  步 度 足 压 大 影 的 究
圈 汤 启 ( 西科 学  运 陕 技大 )

1引言 
新 兴的 生物 力学 理论 的产 生 以及先 进的 足底 测量 

表 1 受 试 者 基 本 信 息 
序号 
1  

性别  体 重 ( ) 年龄 鞋号

( k  g 法码 ) 鞋垫 号 (l码)   u (  
男  6  0 2  2 4  3 65 . 

设 备 的运 用 ,使 对运 动过 程 中足 底压 力所 发 生的 一 系 
列 变 化的 研究 成为 可 能。鉴 于此 ,在 前人 研 究的 基础  上 ,本 试验 应用 足 底压 力测 试 系统 , 对跑 步 过程 中足 
底压 力的 特性 进行 分析 比较 ,通 过 对受 试者 在不 同 速 

度 下 赤足 与穿鞋 两 种状 态跑 步 时足底 的压 力 变化 特征  的分析 ,研 究 了不 同速 度的 跑步 运动 过程 中 穿鞋 跑与  赤足 跑对 足底压 力大小 的影 响 ,总结 出跑 步 运动 过程  中足 底压 力的分 布 特征 ,为 产品 设计 提供 基 本的 理 论 
依据。   现在 , 底 压力 分布测 试 系统 已经 成为 众多 顶级  足

2   3   4   5   6   7   8  

男  男  男  女  女  女  女 

7  0 6  5 6  1 5  1 4  7 5  4 5  5

2  4 2  3 2  4 2  2 2  4 2  2 2  2

4  3 4  3 4  3 3  9 3  9 3  9 3  9

65 .  65 .  65 .  5   5   5   5  

测 试之前 , 先由施测 者说 明本次 试验研 究的 目的 、研究 方法  及试 验步 骤 , 受试 者了解 试验仪 器和 软件 ,硬件操 作 ,并 告知  使
受试 者在 自我 感觉不 能继续进 行试 验 时可以要 求终止 试验 ,以保  证安 全 。在 受 试者充分 了解 本研 究的试 验过程 , 并进 行适应 性锻  炼后 , 试正 式进行 。 测  

品牌 在核 心技 术研 发 、专业 鞋研 发 、技 术营 销中 不 可  缺少 的基 本设 备 。全球 几大 权威 运 动鞋 研发 试验 室都 
经常使用足 底压力分 布测试系 统 , 行产 品设 计评价 。 进  

2 2试 验设备  .
本试 验使 用的测试设备有 :  
( )比利 时 Re s a 1 s c n公司生 产的 Fo t c n鞋 垫式足 底压  osa

同时 ,各 种功 能鞋 和运 动鞋 有 很大 的消 费 市场 , 费  消 者往 往要 求这 类 鞋具 有特 殊功 能 ,如 : 穿着 舒适 并 具  有保 护作 用 , 生物 力 学的 研究 可 以更 加方 便 的指 导  而
这类鞋的 设计 。  

力测 量仪 ( o t c n Is l Sy t m) F o s a  n oe   s e ,共四双厚度为 22 .mm的  鞋 垫 ( 别 为 3 5码 ,5码 ,6 5码 ,8码 ) 分 . . 、压 力 数 据 存储 器 、  
遥 控触 发 器 、读 卡器 、记忆 卡和 配 套软件 ,传 感器 大d\ 0 5 m : .c   X .c   7 m。男 生 选用 6 5码鞋 垫 ,女生 选用 5码鞋 垫 。采样 频率  0 .
50 0 Hz   。

2 试 验 部 分 
2 1试验对象  .
本试验以 8名大学生为研究对象 ,男女生各 4 。 名  受试者均无足部疾 病和 足部损伤 ,足 部机能正常 ,身体  状况及运动能 力良 好。分为男女 两组 ,要求试验 者年 龄  相近 ,脚大小基本相 同 ,使测试结果 有可比性 。受试 者 
的基本 情况见 表 1  。

( )采用英 派斯 负离子 电动跑步机 。型号 : 8 6 ,电机功  2 DP 6 0 率 : .H 直流 电机 ,速 度范围 : 15 P 1~ 1k h 6 m/ ,坡度 范围 : O  1。
以内。  

2 3试验过程  .
( )准备 同品牌 男女 慢跑鞋 各一 双 ,男鞋 4 1 3码 ( 法码 ) ,女 

聿 矗 f? 0   国 j 15

鞋3 9码 ( 法码 )  。 ()确保测试系统 电池 电量充足 。进行足底压力分  2

表 2 穿鞋跑时足底峰值压 力 /体重表 
序号 
1   2   3   d   5   6  
7  

N k  /9
3 /  r s n
8.2 3  7.9 O  5 2  7   6. 5 1  1 2  3.9 1 1  1. 1
1 4  O. 2

1 /  ms
5. 6 8  3. 6 5  4. 7 6  3.3 4  7.9 5  6.2 9 
7. 7 1 

z /  m.
6.3 4  6.3 8  5.2 8  5.3 O  1 3  2.9 1 5  O.6
9.   83

4 s m/  
8. 0 5  7.8 9  6.2 9  7.4 5  1 4  3. 4 1 5  2. 4
1 8  O. 5

布测试系统的连接和调试 ,采集 频率设置为 5 OOH 。 z  ( )测量受试者的体 重、脚型 ,测量后登记受试者  3
情况 ( 见表 1。 )  

( )对受试者进 行跑步机 的适 应性训I ,矫正跑步  4 练 姿势 ,按照正常步态跑 ,使试验结果具有 可比性。  
( )选择符合各受试者跑鞋尺码的测试鞋垫 ,男鞋  5

8  

6.6 3 

1 9  O. 8

11 3   .4

1 .3 1O 

选择 6 5码鞋垫 。女鞋选择 5码鞋垫 。确保测试鞋垫 边  . 缘无折痕, 鞋垫大小与鞋底边 缘吻合 。清洗干净双脚后 ,   配戴测试设备 ,受试者进行 2分钟左右适应性练 习。先  进行穿鞋跑步试验 ,再进行赤足跑步试验 ,用丝袜套 着 
鞋垫使鞋垫贴着脚 底。  

平均值 

57  .0

8 4  .8

9 1  .8

98  .5

表 8 赤足跑时足底峰值压 力 /体重表 
序号 
1   2   3   4   5  
6   7  

N k  / ̄
3m s   / 
8. 8 7  7. 3 3  8. 0 4  6. 9 4  1 O  5. 3
1 .0 14   11 5   .7

1 /    s
5. 6 3  4. 4 1  5 1  7  4. 0 7  7. 5 5 
8. 8 2  7. 2 4 

2 r,    l s l l
7. 9 1  6. 2 3  7. O 5  8. 3 5  1 。  5. 8
1 4  2. 1 95   3

4m/     s
1 .4 16   7. 7 3  9.   61 8. 7 7  1 1  5. 8
1 .O 18   ¨ .8 6 

( )分别 采集每 名 受试者 穿慢跑 鞋 以及赤足 跑 步  6 时 ,在不 同速度 (m/ ,2 s,3 s m/ ,坡 度  1 s m/ m/ ,4 s
设置为 0 。)下的足底压力数据 ,见图 1  。

8  

8. 3 6 

1 5  3. 2

1 .7 18  

1 8  O. 5

平均值 

6 4  .7

1 .1 OO  

1.1 O1  

1 .6 O8 

均值为 8 4 3 s速度的平均值为 9 1 4 s速度的平均值为  .8; m/ .8; m/

98 。从表 3 .5 中可 以看出 ,赤足时 ,1 /   s速度的平 均值 为 64   m .7;
2/ m s速度的平均值为 1 .1; m/ 0 0 3 s速度 的平均值为 1 .1; m/ 01 4     s速度的平均值 为 1 .6 0 8 。可 见 ,随着速度 的增加 ,足底峰值压 力  /体重 的平 均值是逐渐增大 的。穿鞋时最大 比例为 1 .4 3 4 ,最d、 比  例 为 3 4 ,赤足 时最 大 比例 为 1 .8 .3 5 1 ,最小 比例 为 4 1 。这说 明  .4 在体重不变的情况下 ,随着速度的增加 , 足底所受到得最大压力也  增加 ,因此也 更容易造成损伤和不舒适感 。  

在 穿鞋 和 赤 足两 种 状态 下 ,在 同种 速 度 下 ,从 足 底 峰值 压 
力 /体 重 平均 值 的 比较 中发 现 ,赤 足值 大 于 穿 鞋值 。可 见 ,赤 
足 跑 步 更容 易 使 脚受 到 伤 害。所 以 ,赤 足 跑 步 时 ,速 度 越 大 ,  
图 1 测试 过程  

足 部 所承 受 的 冲 击力 也 越大 ,足 底 的骨 骼 、组 织 、筋 膜也 更容 
易 受到损 伤 。  

8 结果 与讨论 
3 1 足底峰值 压力 /体重 比值 的特 征  . 分 析 
表 2表 3为 8名受试者分别在穿鞋与赤足状态下 , 、   四种速度时足 底峰值压 力 /体重 比值表 。  

32 平均峰值压强 总和 的分析  .
平均 峰值压 强总和反 应了跑 步过程中 足底不 同区域所 受到平 
均峰值压强总和的大d\ 。通过不 同速度时压强的 比较 ,可以判断出  力的变化规律 ,见 图 2 、图 3  。

从 图中曲线高低 位置可以看出 ,在慢走 ( 速度为 1 / )的阶    s m
段 ,地面对人 脚的  中击力最小 ,随着速度的增加 ,足 底所产生的平 
均峰值压 强总 和逐渐增大。  

从表 2 中可 以看到 ,穿鞋时 ,1 / 速 度下足 底峰    s m 值压 力和 体重的 l; 的平均值 为 5 7 2 s速 度的平  :t la : i .0; m/

1 6? 呻   0 固矗

0 z骥归  \



∞ ∞ ∞

∞ ∞ ∞ ∞

∞ O  

■ T1   ● T2   口 M1   口 M2  




光脚 
穿鞋 

■ M3  

■ M4   ● M5   圈 H1  
■ H2  

1  



速度 m/   s

3  

4  

u N嘲幽  /
速度 m/   s
6  4   2  O  8   6   4  O 

T1 一拇指 T 一第二脚趾 M1 第一跖趾 M2 2 一第二跖趾 M3 一第三跖趾  0 N瞪龃  一第五跖趾 H1 / M4 一第四跖趾 M5 -脚跟内侧 H 一脚跟外侧  2
6   4   2   0  8   6   4   0 

图 2男生组平均峰值 压强 总和随速度变化情况 
10r 4    1    20r

图 4 男生组穿鞋时各部位平 均压强随速度变化情况 
■ T1  

一 T2   口 M1  

1 } 0   0

≥ 8I 0 
蛹  I  
60  




光脚 

.一 穿鞋   -

4    oL 2 L 0   
  1

删i   J l l 岫
一 M2  

● M3  

● M4  

一 M5  
口 H1  

■ H2  

2  

3  

4  

速度 m/   s

速度 m/   s

T1 一拇指 T 一第二脚趾 M1 2 一第

跖趾 M2 -第 二跖趾 M3 一第 三跖趾 

M4 一第 四跖趾 M5 一第五跖趾 H 脚跟内侧 H 一脚跟外侧  卜 2

图 8女生组平均峰值压强总和随 速度变化情况 

图 5 女生组穿鞋时各部位平 均压强随速度变化情况 

四种 速度 条件 下 ,赤足 跑 步的足 底 平 均峰值 压 强  皆 比穿 跑鞋 跑 步时 的数 值 大 。因此 可 以断 定 ,在 相 同 
速 度下 ,赤足 跑 步 时足 底 单位 面 积上 所 受到 的冲 力 比  穿 鞋时 大 ,赤 足 时 平均 峰值 压 强总 和 最 大值 : 生 , 男   1 8 8 5 c  ; 6 .9 N/ m 女生 ,19 6 8 c     .2 N/ m 。所 以赤足跑 步  1 所产生的 巨大; 中力对人脚不利 。  

处 于慢走状态 ,此 时压强 并不是 很大 ,各区域平均峰值压 强值都较  小 ,并且彼此之间的数值 波动不 是很大 ,因此 ,J t 力比较缓和   ̄F压 : , t 地 分散到人脚的各个 部位 。在此状态下 ,脚受到 了很好 的保 护 ,没 
有 受到很大的; 力。 中击   当速 度升 到 2 s时 ,人 从走 的状 态开 始转化 为慢跑 状 态。 m/  

此 时各个部位的压强值 均在增加 ,最明显 的是后跟外侧 H1 2部位    H 平均峰值压强达到最 大。   速度为 3 s时 , m/ 跑步速度增加 , 足底整体平均峰值压强上升 ,   其中 M1 、M2 、M3部位 到 达最 大 ,H1 2则 开 始下 降 ,说 明 速  、H 度增加 ,重心前移 ,前掌部位受到的冲 击力开 始加大。   速度为 4 s时 ,速 度达到最大 ,足底整体平均 峰值压 强继续  m/

3 3足底各 区域 平均 峰值 压强分析  .
本 试验 中选 取受 试 者 时选择 身 高 、体 重 、脚长 大 
小 接近 的 受试 者 ,以使结 果 具 有可 比性 。 通 过分 析 足  ’

底 各个 部位 平均 峰 值压 强 的大 小 ,从 而 评定 跑 步运 动  中足底 各区域单位 面积上的 受力情况 。  
图4 、图 5为 男 女 生两 组 试 验 者穿 鞋 运动 时 足 底 

上 升,其 中 M 、M 、M 部位到达所有 速度中的最大值 ,前掌部位  1 2 3
受到的; 中击力最大 。说明速度增加 ,力向前掌部位方向转移 ,前掌有  效地缓冲了后跟的冲力 。H1 H 在 3 s的基础上有小幅度的增加, 、 2 m/   但仍比 2 s速度下的峰1 m/ 直小。而随着速度的增加,跑步时足底与地  面的接触时间会逐渐缩短 ,因此这些压强较大的部位单位面积上所受  到的; 中击力非常大 , 会更容易受到损伤。   ( 下转第 12 ) 1页  

各区域平均 峰值压强 变化情况 。  

3 3 1 同速度下峰值压 强变化趋势  .. 不
从图 4 、图 5中 可以看 出 : 当速 度为 1 s时 ,人    m/

呻目吐年 ? 0   17

3 2讨 论  .
( )该测试方法需要通过打磨将鞋底试样预 先制成  1 宽 2 m 长度 1 o 5 m、 5 mm、 厚度 ( . 4 .) 5 0 - 2 mm的标准试样 , _0   对 于一些 制样较困难耐磨性较好 并较厚 的鞋底 ,由于 去  除了鞋 底花 纹 ,因而所测出的耐折性 能只能反映 出材料  本 身的耐折状况 ,而忽略 了鞋底花纹 凹凸等结构对耐 折 
性 能的影响 。  

能 同时测 定 2 个试样 ,该检测方法 所需时间也 较长 。  

4 结论 
同一种鞋底, 采用三种不同的测试方法 , 由于屈挠的角度、 频率 、   速度都不一样 ,因而所测试的结果不存在可比性。国内企业较多使用  国标 ×W一1 型耐折 试验机法 ,国外买家比较倾 向于使用罗斯屈挠试  验机法。因此 ,检测机构 在出具检测结果时,均注明所参照的检测标  准和测试剩 牛 内容 。三种耐折性能测试方法的各项参数见表 1  等 。 表 1三种耐折性能测试方法参数 
国标 X ’ w一 型  鞋底弯折  罗斯届挠 

( )该方 法适用于硫化橡胶 、PU、TPR等 各种常  2 见原料制成的鞋外底 ,但不适 用于无法制成标准 试样的  厚度较小或者花纹很深的外底 。   ()由于采用了统一尺 寸的标 准试样,加上 专门的  3 夹具来制作割 口,排除了割 口位置 、割口刀刺穿距离等因  素的影响,数据平行性较好。该方法与 A TM   15 、 S O 02  IO 63类1 S 44 以,仅屈挠频率和实验温度不同。通过调整罗  斯屈挠试验机 的参数,可为出口企业提供相关检测服务。   ( )检测过 程 较繁琐 。在 屈挠 开始 后 ,需 要每 隔  4
1 时检 查试样割 口的增 长量 ,通 常不 可能在增 长量正  小 好等 于 6 mm时时观 察到屈 挠次数 ,但可 以观察到 割 口  增 长量略小 于或略 大于 6 mm时的 屈挠 次数 ,割 口增长 

耐折试验 机法 

试验机法 

试 机法  盘

试  样  整鞋或鞋底  鞋底  标准 试样  试样数量  2双  3个  3个  屈挠角度  (0 - )。 5 1   4 (0土2   9 )。 9。 0  屈挠频率 (3 2 0±1 )次 / n 15~ 1O 0 mi 3  ( 5 )次 / n (O )次 / n ml   6 士6 mI   屈挠次数  4 万次  3 万次  没有规定  测试 日间  约 3 寸 小时 X     2 约 3 5 时  .小 视情况  试验温度  (3 )℃  2 ±2 (3±2 2 )℃  ( 5±2 - )℃  裂 纹 长 度 、新 裂 纹  割 口增 长 6 mm时 的  结果表示  开 胶 情 况 ( 鞋  口 增 长 长 度 、新  和 整 割 屈挠 次数或屈挠规定 

试样)  

裂纹长度 

次数后割 口的增长量 

6 mm 时,屈挠 次数需 通过 作图 插入法 或计算 插人 法求  出。如在 达到 规定屈 挠次 数 时 ,割 口增长 d - mm, \-6   T 则 计算 割 口增长 量 。由于 屈挠 频率 较低 ,并且 每 次只  ( 上转第17   页)在整个过程 中 ,各个部位总 的压 强变化  0
是 :除了后跟 部位 H1 呈现 力的变化趋 势是先 大后d、   H2  

注 :“ 试样数量 ”指标准中规定测试所需最 少的数量 。  

随着制鞋工艺和材料技术的飞速发展 ,鞋类检测标准和 方法也 

在不断更新,检测仪器也更趋向科学化、 智能化和高精度化。    Ⅱ
是 M2 >M1 >M3 最大平均峰值压强可以达到 : , 男生 : =1 .7  M2 4 83

N c  ; / m 女生 : =1 N c   M2 4 / m 。因此 , 速度太快 ,会产生不舒服感 ,   易导致足弓下塌 ,跖骨 性疲劳损伤等 。  

( 在速度2 / B达到最大) ,且H > 外 ,其他各部位  m s1 2 H1 峰值压强随着速度的增加而增加 。这是因为,从速度2 / m  S 开始 ,整个脚底各 部位受力均开始 比慢路时增大 ,但随  着速度越来越陕,力向前掌转移而减轻后跟的冲力 。  

4 结 论 
( )不同跑速下,穿鞋与赤足的 比较 : 1 由峰值压 力和体重 比值  中可以得出,赤足跑步时地面对人脚的冲击比穿鞋时大 ,并且随着速  度的增加 ,赤足跑 步带来的冲击力大幅度增 加,在 1 、3 m/   、2 、4 s
四种速度下峰值压力分别为体 重的 :64 、1 .1 0 1 、1 . .8 00 、1 .1 08   6倍 。  

3 32不 同速度下 人脚各部位平 均峰值 压  .. 强大/ ;较  Jt q
从 图 4 图 5中 可 以 看 出 :随 着 速 度 的 增  、
加 , 、T2 T1 、M1 、M2 、M3 、M4 、M5 、H1 、H2各 

( )由足 底各 区域平均 峰值压强 分析 中可以得 出 : 2 随着跑 步  速度增加 , 人脚 各部位所 受压 力整体增 大 , 同时使得人体重心前移 ,  

部 位平 均 峰值 压强 的 大d\R J 序为 : 度为 1 s时, I I 速 m/   M1 >M3 M2 > >H1 2 、H >M4 、M5 >T1 >T2 ;速 速 度 度 为 
2 s时 ,H1 2 M2 m/ 、H > >M1 >M3 >M4 、M5 >T1 >T2;  

前掌部位受到的冲击力增大 ,后跟冲击力减少 。 口    

为 3 s 时 ,M2 m/ >M1 >M3 >H1 2 、H >M4  、

[] 1 李吉如. 跑速和运动鞋对足底压力的影响[ ]东北师范大学 ,2 0  D. 07 [ 吴剑,李建设 .人体行走时步态的生物力学研究进展【 ] 2 ] J. 中国运动医学杂  
志 ,2 0 ,t3 :0   0 2 2 ()3 5

M5 >T1 >T2 ;速 度 为4 s时 ,M2 m/ >M1 M3 1  > >H 、

H >M 、M5 2 4 >T1 2;其 中 , 度 2~ 4 s时 , >T 速 m/ 总 


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