撐竿跳的變遷

科技之光

1994年7月31日，意大利塞斯特里爾田徑場，號稱“跳高沙皇”的烏克蘭運動員布勃卡“揭竿而起”，把自己的身體撐向藍天，一舉越過了6.14米橫桿。這是人類克服地球引力的凱歌，也是人類體育運動目前所達到的高度上限。在布勃卡時代，天下好手參加撐竿跳高比賽常常只有亞軍可爭了。

撐竿跳高究竟起源于何時已經很難考證。在遠古的年代里，人們撐著一根木竿或長矛跨過溪流，越過短墻，騰上馬背......此后漸漸發展為一項體育運動。1789年，德國人普茨跳過了1.83米，這大約是歷史上第一個有案可考的撐竿跳高紀錄。

1896年的第一屆奧運會上，撐竿跳高就成為最引人入勝的正式比賽，不過屬于體操項目。當時使用的撐竿大多由山胡桃木制成。美國運動員威廉.霍亞特靠著這種沉重、堅硬、粗笨的實心木竿，創造了3.3米的世界紀錄（圖１）。

（１）在1896年雅典奧運會上美國運動員威廉.霍亞特（右）獲撐竿跳高第一名

幼年時代奧運會的滑稽故事在撐竿跳高項目中也不乏其例。1904年在美國圣路易舉辦的第3屆奧運會上，日本選手左間代.富士從容不迫把撐竿插到地上，然后以極其麻利的動作來了個“順竿爬”，直到高過橫桿時才輕松跳下。他的這種“雜技表演”不僅令觀眾目瞪口呆，也叫裁判不知所措。此后才制定了起跳后握竿雙手不能交替移動的“游戲規則”。

用竹竿取代木竿，是撐竿跳高歷史上的重大進步。竹竿更富有彈性，天然的中空結構使撐竿的重量減輕有利于快速助跑。1908年倫敦奧運會上，美國耶魯大學學生吉爾伯特第一次使用竹竿跳過3.71米獲得冠軍（圖２）。他隨后從巴黎購買了大量竹竿行銷到美國各地。盛產上乘竹子的日本曾領盡風騷，洛杉磯奧運會上，日本選手西田修平僅以1厘米之差直逼霸主美國隊，柏林奧運會兩位日本運動員把獎牌切開再焊接成兩塊銀、銅各半獎牌，這類奇跡和軼事都發生在日本撐竿跳高的“輝煌時代”。而歷經5年時間陰干和炮制的日本撐竿工藝也首屈一指，各國好手幾乎都把來自“竹鄉”上野、四國的日本撐竿視為珍稀的上選。“竹竿時代”的世界紀錄上升到了4.77米。

第二次世界大戰沒有理睬古奧運會“神圣休戰”的原則，第12、13屆奧運會成為歷史上永遠的空白。作為交戰雙方，歐美國家從日本進口竹竿的渠道也完全阻斷。而苦難中的人類并沒有因戰爭而喪失撐竿跳高的興致，他們被迫另辟蹊徑，早在1920年代便有人嘗試的金屬撐竿開始備受青睞。

（２）吉爾伯特

和自然生長的竹竿相比，這種用瑞典鋼和鋁合金制成的空心撐竿更加輕便光潔，尺寸標準，堅牢柔韌，運動員可以更放心大膽加快助跑和提高握竿點而不用再擔心“折戟沉沙”。世界紀錄因此而提高到4.80米。

另外一項看似簡單卻功不可沒的發明，是插竿斗的使用。早期的撐竿為了防止打滑，都在末端安上一個或者一組粗大的鐵釘。1908年倫敦奧運會上，美國運動員吉爾伯特在撐竿的落地處挖了個坑，結果被視為犯規。直到1924年，木制的插竿斗才成為撐竿跳高的“標準配置”，從此運動員有了一個穩定可靠的“支點”（圖３）。

（３）木制的插竿斗

1952年，當更輕、更韌、更富有彈性的玻璃纖維撐竿第一次在赫爾辛基奧運會出現時，誰也沒有預料到撐竿跳高將進入一個夢幻般的新時代。1961年美國運動員戴維斯創造了玻璃纖維撐竿的第一個世界紀錄4.83米。次年2月，約翰.尤爾西斯跳過4.89米。1964年弗萊德.漢森把世界紀錄提高到5.28米。短短幾年間，撐竿好手群雄競起你追我趕，世界紀錄墨跡未干便再被刷新，直到突破6米大關。和其他任何田徑項目相比，這種勢如破竹的“躍進”都是絕無僅有的（圖４）。

（４）奧運撐竿跳高記錄

玻璃纖維撐竿本身顯然沒有能量，究竟是何種原因導致了它如此“立竿見影”的功效呢？我們如果以“剛性”的木竿和“柔性”的纖維竿進行對照來做一番簡略討論，將會看到力學中關于能量轉換的最生動演示（圖５）。

（５）木制撐竿與玻璃纖維撐竿對比

玻璃纖維竿由于重量大大減輕，使運動員持竿助跑的速度得以猛增，而聚集在竿上的動能是和助跑速度的平方成正比的。再說“剛性”撐竿和地面的接觸是“硬碰硬”的撞擊，而“柔性”的纖維竿落地后則更像彈簧的壓縮，兩者造成的能量損失和對人體的沖擊震蕩顯然大不相同。而當玻璃纖維竿變成一條大弧，運動員握竿點和插穴斗的直線距離則如一根弦，和“直挺挺”的不可壓縮的木竿相比，人-竿轉動半徑明顯縮短，豎竿的力矩大大減少，這意味著運動員能夠輕易地提高握竿點（圖６）。

（６）現代撐竿跳高握竿點的運行軌跡

如果把手中的撐竿當作一個“能量轉換器”——將水平方向助跑的動能轉換為一定高度的重力勢能，那么玻璃纖維竿的最大魅力則來自于它對能量的有效貯存和釋放。當纖維撐竿被壓彎后積蓄了變形勢能，然后將運動員“彈”向空中，等于運動員把水平助跑“掙來的錢”“存入銀行”，接著及時“提取”出來支付垂直上升和跨越橫桿需要付出的“費用”。

撐竿跳高中的“雙鐘擺”效應，指的是以穴斗為支點，以撐竿為主體的“長擺”，和以肩關節為支點，以人為主體的“短擺”。木竿的“擺長”是不變的，運動員握竿點的軌跡幾乎完全是一個陡起的圓弧，而玻璃纖維竿的“擺長”是變化的，運動員身體重心位移是一個平滑的曲線。這十分有利于提高“擺動”的角速度和減少能量轉換中的損失。

如果進行更深層次的觀察和研究，就會發現撐竿材料的“革命”帶來了撐竿跳高整體技術動作模式的變化，運動員起跳后不再是無所作為地等待被“拋擲”，而是開始了一系列精巧、細致、復雜的“竿上動作”。懸垂擺體、后仰舉腿、引體轉體、......最后以竿上“單手倒立”的英姿騰越過竿，這是何等令人驚嘆的高難度技巧。有人把撐竿跳高比作“跳高加體操”的確不無道理。號稱“女布勃卡”的俄羅斯運動員伊辛巴耶娃本來就是體操運動員出身，只因身高“不幸”長到了173厘米才被迫改行，也許多虧了體操的“童子功”，成全了她創造5.01米世界紀錄的輝煌之夢。

對于撐竿跳高的極限，人們做過多種預測，根據能量守恒的公式計算出水平助跑動能最多可以轉化為大約5米的垂直勢能，但顯然遺漏了運動員騰空后獲得新的能量份額。所謂“撐竿跳”，“跳”和“撐”都是題中應有之義。算總賬的時候不光要看到地面上水平助跑積蓄的初始能量，還要加上懸空后手臂一挽一推、身體翻轉旋轉而新“掙”來的后續能量。

今天競技場上的撐竿經過不斷更新換代，玻璃纖維和尼龍已經被更加輕便、堅韌而富有彈性的碳素纖維和多種復合材料所取代。通過精密的實驗和計算，根據撐竿從上到下受力的差異和彎曲的弧度來設計不同部位最合理的強度，現代的撐竿制作工藝日臻完善和成熟，而納米材料的應用也許會讓撐竿跳高“百尺竿頭，更進一步”（圖７）。

對撐竿材料革命的疑慮和抱怨雖然一直沒有停息，但誰也不愿意再回到“搟面杖”和“竹筒子”的年代。撐竿跳高演變的歷史是一個經典的例證，講述了新興材料如何將這項古老運動推向峰巔。