基于碳纖維材料的跳高橫桿在體育教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用研究

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，碳纖維材料因其優(yōu)異的綜合性能在現(xiàn)代體育事業(yè)中展現(xiàn)出了極大的潛力，能有效提升體育器材的品質(zhì)和使用體驗感，因而逐漸引起了研究人員的關(guān)注。文章擬從碳纖維材料的具體發(fā)展過程分析入手，結(jié)合當(dāng)前體育教學(xué)訓(xùn)練開展過程中對跳高橫桿的需要和要求，探究分析碳纖維材料在體育教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用和影響。

關(guān)鍵詞：碳纖維材料;跳高橫桿;體育

中圖分類號：TQ327.3;TQ342

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0076-04

Research on Application of High Jump Crossbar Based onCarbon Fiber Material in Physical Education Teaching andTraining

WANG Si

（Xi'an Medical LTniversity.Xi'an Shaanxi 710021.China）

Abstract： With the continuous growth of China's economy，carbon fiber materials have shown great potential inmodern sports because of their excellent comprehensive properties.Carbon fiher materials can effectively improvethe quality and experience of sports equipment，and have gradually attracted the attention of researchers.The paperintends to start with the analysis of the specific development process of carbon fiber materials.and to explore theanalysis and application of carhon fiher materials in physical education and training in combination with the cur-rent needs and requirements for high jump hars during the development of physical education and training.

Key words ： carbon fiber materials;high jump bar; sports

隨著教育體制的改革，人們的體育意識不斷增強(qiáng)，現(xiàn)代體育教學(xué)事業(yè)發(fā)展迅速。在開展體育活動、參與體育教學(xué)訓(xùn)練時，不僅使人們的身心得到舒展與放松，而且能夠豐富群眾的社會文化生活，實現(xiàn)社會的精神文明進(jìn)步。體育活動的開展既需要豐富的理論技能和運(yùn)動技術(shù)做支撐，也需要完善的體育場地和設(shè)施。對于體育活動、體育教學(xué)訓(xùn)練來說，完善的體育運(yùn)動設(shè)備及場所是其能夠正常組織、開展的重要前提基礎(chǔ)和有效載體。運(yùn)動人員早期從事體育活動所使用的體育設(shè)備相對比較落后，因此體育器材的使用和材料的安全性存在很大隱患，特別是運(yùn)動器材和設(shè)施已經(jīng)不能滿足正常的運(yùn)動需求。因此相關(guān)學(xué)者和體育工作者開始將目光投入到體育運(yùn)動器材中應(yīng)用的新材料，體育器材的開發(fā)利用越來越受到重視。強(qiáng)度高、耐腐蝕、可白由設(shè)計的碳纖維材料及其復(fù)合材料在體育器材的生產(chǎn)中呈現(xiàn)出獨(dú)特的魅力，能有效改進(jìn)和優(yōu)化體育器材的性能，不僅可以提升競技水平的成績，而且能夠滿足運(yùn)動人員對體育器材使用的舒適性[1-2]。

1碳纖維材料的發(fā)展

碳纖維是一種典型的連續(xù)纖維復(fù)合材料。目前學(xué)界對碳纖維材料的研究已經(jīng)進(jìn)入了相當(dāng)深入的階段，相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)水平不斷提高。碳纖維材料“外柔內(nèi)剛”，它不僅具有低密度、高比模量、高比強(qiáng)度、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定和能夠大面積成型等諸多鮮明特征[3-5]，而且其各向異性使得碳纖維材料很柔軟，因而可根據(jù)個人需求加工成不同的織物，能夠極大地發(fā)揮出其白身所具有的特性，是新一代增強(qiáng)纖維。因而在過去幾十年中，先進(jìn)的碳纖維材料一直是國防軍工和民用領(lǐng)域的主要結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用十分廣泛。隨著碳纖維材料低成本化進(jìn)程，材料性能及其成形工藝日趨成熟，其在體育領(lǐng)域如賽車、滑雪桿、網(wǎng)球拍等體育器械用管類的應(yīng)用中占有越來越重要的比重。如以碳纖維為材料制作的白行車座位支架、曲軸、車架等構(gòu)件，能保證車體具備良好的減震性能及剛性。碳纖維材料的應(yīng)用與推廣能夠開發(fā)利用出現(xiàn)代體育器材的最佳性能，推動了現(xiàn)代體育運(yùn)動的迅猛發(fā)展，對日益豐富的體育活動以及相應(yīng)的教學(xué)訓(xùn)練意義深遠(yuǎn)。

2碳纖維材料的優(yōu)勢

2.1質(zhì)量輕便

體育項目和場所隨著體育運(yùn)動的大眾化發(fā)展而逐漸增多。作為開展大眾體育活動以及教學(xué)訓(xùn)練中必不可少的重要載體，體育器材因體育項目的差異而各有不同的限制要求，但大多數(shù)體育活動均對其使用器材的重量有所規(guī)定，要求比較嚴(yán)格。大多數(shù)依靠人力作用的體育器材要求質(zhì)量越輕越好，尤其是像撐桿、高爾夫球桿等體育器材，質(zhì)量越輕越有利于人們在參與體育活動時發(fā)揮出更好的運(yùn)動水平。即使是需要動力系統(tǒng)加持的大型體育器材，如賽車、摩托艇等體育活動，為了節(jié)省燃料，保持動力的持續(xù)性，一般情況下也是秉承質(zhì)量越輕越好的原則。傳統(tǒng)體育設(shè)施大多由木材、竹子、金屬等制成，而相比于這些傳統(tǒng)材料，碳纖維材料的質(zhì)輕特性使其制備的體育器材能具備良好的使用性能，應(yīng)用周期更長[6]。因此，以碳纖維材料制造體育器材可以為人們提供便捷，并且在此基礎(chǔ)上，節(jié)約能耗，應(yīng)用廣泛。

2.2機(jī)械性能良好

4.1碳纖維材料應(yīng)用于體育器材上的原則分析

體育活動的展開很大程度上取決于體育運(yùn)動器材，而體育器材的性能優(yōu)劣很大程度上又取決于其所用的材料。只有不斷提升體育器材的質(zhì)量與性能，才能更好地推動體育活動的開展與進(jìn)步，進(jìn)而實現(xiàn)現(xiàn)代體育事業(yè)的良性發(fā)展。就體育器材的使用而言，其所用的材料通過決定品質(zhì)，進(jìn)而對運(yùn)動人員的發(fā)揮產(chǎn)生影響。因而為更好地發(fā)揮體育器材的最優(yōu)效果，可積極做好碳纖維的加工與應(yīng)用工作，通過將碳纖維材料進(jìn)行混合應(yīng)用，提升實際的鑄造水平，做到真正的高質(zhì)量發(fā)展。隨著碳纖維材料的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，需要做到以下3個方面工作：①堅持對符合體育運(yùn)動、教學(xué)訓(xùn)練活動的實際需求的體育器材選材與加工工作。②根據(jù)碳纖維材料的優(yōu)良特性，重點突出材料本身的功能，不斷提升體育器材的實用性與安全性，從而展現(xiàn)體育運(yùn)動器材的性能與價值。③要注重碳纖維材料應(yīng)用時的生態(tài)性和環(huán)保性，保證其能夠與周邊的環(huán)境實現(xiàn)匹配以發(fā)揮其最大價值，充分利用環(huán)境借此提升材料應(yīng)用范圍。

4.2碳纖維材料應(yīng)用于體育器材上的影響分析

隨著研究水平的提高，將碳纖維材料逐漸應(yīng)用于普通的體育器材生產(chǎn)中，不僅極大程度上提升了現(xiàn)代體育運(yùn)動器材的品質(zhì)，也加大了普通民眾參與大眾鍛煉的積極性，為有效提升現(xiàn)代體育運(yùn)動項目競技水平的發(fā)揮起到了極大地促進(jìn)作用。為迅速推動我國向體育強(qiáng)國發(fā)展，在現(xiàn)代體育運(yùn)動器材應(yīng)用過程中，碳纖維材料主要應(yīng)用于以下3個方面：①將碳纖維材料直接應(yīng)用于具體的體育器械用品上，對體育設(shè)備、產(chǎn)品的形式與內(nèi)涵有了新的引申意義。②隨著碳纖維材料在體育器材中應(yīng)用的研發(fā)水平不斷提高，進(jìn)而推動了整個體育運(yùn)動器材的良好發(fā)展?fàn)顟B(tài)。③可根據(jù)碳纖維材料的獨(dú)特性能，結(jié)合體育運(yùn)動需求，優(yōu)化升級器械設(shè)備。

4.3碳纖維材料應(yīng)用于體育器材上的要求分析

碳纖維材料作為體育運(yùn)動器材生產(chǎn)鑄造中不可或缺的組成要素，其使用極大程度上提升了現(xiàn)代體育運(yùn)動、體育教學(xué)訓(xùn)練的發(fā)展。在現(xiàn)代體育模式下，體育運(yùn)動發(fā)展需求多樣化特征顯著，為鑄造生產(chǎn)出符合實際發(fā)展需求、應(yīng)用性能更優(yōu)的體育器材，需要更好的利用碳纖維材料的應(yīng)用性能，并注重研發(fā)與創(chuàng)新。當(dāng)然在碳纖維材料在應(yīng)用過程中，還需格外注重體育器材使用者的體驗感和舒適度，使用者作為體育器材的直接感受者，只有讓使用者感到滿意度并樂在其中的體育器材制造，才算實現(xiàn)了對該素材的有效應(yīng)用。使用者也將更積極的參與體育鍛煉，將潛移默化的提升我國人民整體的身體素質(zhì)和運(yùn)動熱性，意義重大。由此可見，為更好的更新升級碳纖維材料，要注重對其使用性能的優(yōu)化，只有這樣才能確保其實現(xiàn)最大的價值。

5碳纖維材料應(yīng)用于體育器材上的具體實例

碳纖維材料具有綠色環(huán)保等特性，這些是傳統(tǒng)材質(zhì)所不具有的綜合性能。同時隨著纖維生產(chǎn)工藝的進(jìn)步與提升，碳纖維材料制品的生產(chǎn)成本也相應(yīng)減少，其逐漸在多個領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。而隨著體育項目逐漸由官方模式變?yōu)榇蟊娀顒樱罕姷膮⑴c度不斷提升，體育運(yùn)動、教學(xué)訓(xùn)練受到的關(guān)注越來越多，碳纖維材料在體育器材領(lǐng)域的應(yīng)用范圍更加廣泛[10]。碳纖維材料的優(yōu)異性能使其能夠根據(jù)體育活動的形式以及運(yùn)動人員的需求進(jìn)行個體差異化設(shè)計，不僅而且極大地提升了體育器材的設(shè)計自由度以促使運(yùn)動人員能力的充分發(fā)揮。以下將對部分典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。

5.1跳高撐桿

回顧撐桿跳高的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)，撐桿跳高的發(fā)展與成績的提高是與撐桿材料的發(fā)展密不可分。第一屆奧運(yùn)會中撐桿跳高項目中的撐桿由山胡桃木制成，選手的動能由于胡桃木質(zhì)量大且缺乏彈性的特性被白白丟失浪費(fèi)。隨著撐桿跳高運(yùn)動的不斷普及，竹子開始被用于制作撐桿并被廣泛使用，竹竿質(zhì)量輕便有彈性有助于運(yùn)動員助跑以及運(yùn)動員能量的轉(zhuǎn)化;但竹竿的強(qiáng)度低，當(dāng)握桿點超過4m后極易折斷。因此進(jìn)入20世紀(jì)60年代后，均勻、結(jié)實的尼龍撐桿開始被運(yùn)動員使用，隨后不久玻璃纖維桿又取代了尼龍撐桿的地位。撐桿跳高的撐桿材料隨著社會的進(jìn)步不斷改革，使得各項運(yùn)動紀(jì)錄屢屢被刷新。隨著復(fù)合材料大量轉(zhuǎn)為民用，綜合性能更優(yōu)越的碳纖維撐桿也被獲批在國際大賽上使用。碳纖維撐桿具備更強(qiáng)的最大恢復(fù)能力，因而能夠保證撐桿既柔韌又不會斷裂或扭結(jié)，充分的儲能保障了撐桿的彈跳運(yùn)動，使得運(yùn)動成績大幅提高。然而碳纖維材料最大的優(yōu)勢在于其可設(shè)計性，因而可以根據(jù)撐桿受力的不同對各個部位的材質(zhì)進(jìn)行選擇優(yōu)化，使的體育器材的綜合性能達(dá)到更優(yōu)。

5.2跳高橫桿

目前使用的跳高橫桿一般都是整體型橫桿，且多由金屬材質(zhì)通過搓制、纏繞和拉擠等方式制成，即采用一根鋁合金管或其他材質(zhì)制成的橫桿。這種橫桿在使用時，將其兩端分別放置在跳高架的支撐位，跳高架的跨距一般為4m左右。當(dāng)運(yùn)動員在訓(xùn)練或比賽時碰觸橫桿后，該整體型的橫桿就會掉落或受到重壓易發(fā)生塑性變形，因此運(yùn)動人員在教學(xué)訓(xùn)練過程中易受傷，進(jìn)而引起練習(xí)者的恐懼心理，而且在體育訓(xùn)練過程中頻繁的掉桿甚至橫桿變形狀況會顯著增加工作人員的工作強(qiáng)度。而碳纖維材料制作的橫桿優(yōu)點是剛性好、質(zhì)量輕、形變恢復(fù)快，具備一定的抗壓和抗彎性能，更加精確且安全，極大程度上能彌補(bǔ)傳統(tǒng)材質(zhì)跳高橫桿的不足。

6結(jié)語

隨著人們對健康生活的追求，體育鍛煉受到越來越多的關(guān)注，人們對體育活動開展的要求也越來越高，相應(yīng)的體育事業(yè)不僅得到了長足的發(fā)展，而且發(fā)展空間巨大。體育器材作為體育事業(yè)的基礎(chǔ)，其發(fā)展與應(yīng)用要求所使用的材料具有良好的性能，并且也追求體育器材的應(yīng)用體驗感，因而向材料領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對體育器材的需求越來越高，一些新材料、新技術(shù)、新方法爭相涌現(xiàn)，為豐富提升現(xiàn)代體育活動、教學(xué)訓(xùn)練奠定良好的基礎(chǔ)。碳纖維材料作為密度低、強(qiáng)度高，韌性好，穩(wěn)定性好的優(yōu)異材料，極大地豐富了現(xiàn)代體育事業(yè)對器材的要求，因而其在材料領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)舉足輕重的地位。因此對體育運(yùn)動、教學(xué)訓(xùn)練活動中所使用的碳纖維材料進(jìn)行深入研究，意義深遠(yuǎn)。

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收稿日期：2020-03-02

作者簡介：王思（1985-），女，山西運(yùn)城人，碩士研究生，講師，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。