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【體育】從木頭到碳纖維復合材料——如何跳的更高?看奧運,淺談撐桿跳的桿子

第32屆奧運會正在如火如荼的進行,吸引了全的關注,也出現了很多經典瞬間。
每個人都有自己喜歡的奧運比賽項目,很多小伙伴就對撐桿跳感興趣,因為憑借一根桿子就能克服地球的引力,撐桿跳應該算是田徑項目中復雜的,因為它需要運動員與撐桿之間完美的配合才能完成,而那根彈性十足的桿子同樣吸引了無數人的好奇。
  
撐竿跳高的橫桿可用玻璃纖維、金屬或其他適宜材料制成,長4.48-4.52米,大重量2.25公斤。撐竿的長度和直徑不限,但表面必須光滑。運動員一般都自帶撐竿參加比賽?,F代主要是玻璃纖維。
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  早年歐洲的撐竿都是木制的,竿子下端裝以三股鐵叉。
  運動員把木竿插在地上,沿竿迅速向上爬,當竿子將要傾倒時,便越過橫桿,故稱“爬竿跳高”。爬竿跳高到1890年被禁止。
  1896年第1屆奧運會的撐竿跳高比賽,由美國運動員W.霍伊特用木竿躍過3.30米,獲得冠軍。
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  1905年歐洲人從和日本引進竹子,并于1909年用于撐竿跳高中。從此,正式定名為“撐竿跳高”。
  由于竹竿輕且有彈性,促使技術不斷改進。1912年,美國的M.賴特以4.02米破4米.大關。
  1924年,國際田聯正式同意使用木質穴斗和沙坑。由于助跑速度加快,握竿高度提高,使運動成績也不斷提高。
  1942年,美國的C.沃梅達以4.77米的成績創造了竹竿高紀錄。
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  由于竹竿易斷,金屬竿逐漸代替了竹竿。雖1930年就已有鋼竿,但并未普及。1952年出現了鋁合金竿。
  由于金屬竿質地結實,運動員敢于提高握竿點,助跑速度加快,并加大了擺體幅度。
  1957年美國運動員B.古托夫斯基以4.78米打破了紀錄。1960年美國運動員D.布雷格又以4.80米創造了金屬竿的高紀錄。
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  早在1948年已有人采用玻璃纖維竿,但因動作掌握不好,運動成績不理想。到60年代初,玻璃纖維竿又在美國問世。
  1961年美國運動員G.戴維斯以4.83米創造玻璃纖維竿個紀錄。
  1962年,國際田聯正式批準使用玻璃纖維竿,運動成績不斷提高。美國運動員B.斯頓伯格和J.彭內爾先后躍過5.13米和5.20米。
  并不是所有的撐桿跳都是辣么的瀟灑
  玻璃纖維(英文原名為:glass fiber)是一種性能優異的無機非金屬材料,種類繁多,優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好,機械強度高,但缺點是性脆,耐磨性較差。
  它是葉臘石、石英砂、石灰石、白云石、硼鈣石、硼鎂石七種礦石為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的,其單絲的直徑為幾個微米到二十幾個微米,相當于一根頭發絲的 1/20-1/5 ,每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復合材料中的增強材料,電絕緣材料和絕熱保溫材料,電路基板等國民經濟各個領域。
  我們再來看看玻纖的撐桿怎么做的:
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  用碳纖維代替玻璃纖維,用環氧樹脂取代不飽和聚酯的碳纖維復合材料,讓撐桿性能有了大幅提高,桿體更輕,彈性和強度更好。在2000年悉尼奧運會上,碳纖維撐桿被男子選手普遍使用,前8名的成績全部達到了5.80米以上。
  碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼大、密度比鋁小、耐腐蝕超過不銹鋼、耐高溫好于耐熱鋼,同時又能像銅那樣導電,并具有優異的電學、熱學和力學性能的新型材料。目前撐桿跳高使用的碳纖維撐桿分為三層,外層是高強力碳纖維,可保證撐桿既柔韌又結實;中間是碳纖維帶狀織物;里層是繃帶狀的玻璃纖維,以防撐桿斷裂或扭結。碳纖維桿在受到沖力時能產生大幅度形變,這種形變可將接受的動能迅速轉化為勢能,而當撐桿恢復原來的形狀時,其機械勢能又以彈力勢能的形式作用于運動員,將人體“彈”起。另外,由于撐桿受力后能迅速彎曲,桿繞插頭向前轉動的半徑減小,這樣就加大了轉動角速度,而使撐桿能較快豎直。正是碳纖維撐桿的出現,才使男子撐桿跳高紀錄突破了6米,女子撐桿跳紀錄超越了5米大關。
  當我們翻開撐桿跳項目的發展歷史,就會發現一個頗為“有趣”的現象,即每次撐桿材料的革新,都提升了撐桿跳破紀錄的頻率和幅度,撐桿跳的發展史儼然是一部材料發展史。當竹桿、金屬桿取代了堅硬沉重、沒有彈性的木桿后,撐桿跳高的成績開始節節攀升。輕巧而富有彈性的玻璃纖維桿問世后,助跑速度增加,動能和勢能轉換效率得到大幅度提高,從而帶來了撐桿跳高成績戲劇性的突破。1962年,玻璃鋼撐桿的使用,就讓當年撐桿跳高成績的提高幅度超過了過去20年的總和。近年來,先進的碳纖維撐桿,更是讓布勃卡35次刷新紀錄,讓伊辛巴耶娃22次打破紀錄。