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【体育】从木头到碳纤维复合材料——如何跳的更高?看奥运,浅谈撑杆跳的杆子

第32届奥运会正在如火如荼的进行,吸引了全的关注,也出现了很多经典瞬间。
每个人都有自己喜欢的奥运比赛项目,很多小伙伴就对撑杆跳感兴趣,因为凭借一根杆子就能克服地球的引力,撑杆跳应该算是田径项目中复杂的,因为它需要运动员与撑杆之间完美的配合才能完成,而那根弹性十足的杆子同样吸引了无数人的好奇。
  
撑竿跳高的横杆可用玻璃纤维、金属或其他适宜材料制成,长4.48-4.52米,大重量2.25公斤。撑竿的长度和直径不限,但表面必须光滑。运动员一般都自带撑竿参加比赛。现代主要是玻璃纤维。
  ①木制竿阶段
  早年欧洲的撑竿都是木制的,竿子下端装以三股铁叉。
  运动员把木竿插在地上,沿竿迅速向上爬,当竿子将要倾倒时,便越过横杆,故称“爬竿跳高”。爬竿跳高到1890年被禁止。
  1896年第1届奥运会的撑竿跳高比赛,由美国运动员W.霍伊特用木竿跃过3.30米,获得冠军。
  ②竹竿阶段
  1905年欧洲人从和日本引进竹子,并于1909年用于撑竿跳高中。从此,正式定名为“撑竿跳高”。
  由于竹竿轻且有弹性,促使技术不断改进。1912年,美国的M.赖特以4.02米破4米.大关。
  1924年,国际田联正式同意使用木质穴斗和沙坑。由于助跑速度加快,握竿高度提高,使运动成绩也不断提高。
  1942年,美国的C.沃梅达以4.77米的成绩创造了竹竿高纪录。
  ③金属竿阶段
  由于竹竿易断,金属竿逐渐代替了竹竿。虽1930年就已有钢竿,但并未普及。1952年出现了铝合金竿。
  由于金属竿质地结实,运动员敢于提高握竿点,助跑速度加快,并加大了摆体幅度。
  1957年美国运动员B.古托夫斯基以4.78米打破了纪录。1960年美国运动员D.布雷格又以4.80米创造了金属竿的高纪录。
  ④玻璃纤维竿阶段
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  早在1948年已有人采用玻璃纤维竿,但因动作掌握不好,运动成绩不理想。到60年代初,玻璃纤维竿又在美国问世。
  1961年美国运动员G.戴维斯以4.83米创造玻璃纤维竿个纪录。
  1962年,国际田联正式批准使用玻璃纤维竿,运动成绩不断提高。美国运动员B.斯顿伯格和J.彭内尔先后跃过5.13米和5.20米。
  并不是所有的撑杆跳都是辣么的潇洒
  玻璃纤维(英文原名为:glass fiber)是一种性能优异的无机非金属材料,种类繁多,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高,但缺点是性脆,耐磨性较差。
  它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的,其单丝的直径为几个微米到二十几个微米,相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ,每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保温材料,电路基板等国民经济各个领域。
  我们再来看看玻纤的撑杆怎么做的:
  ⑤碳纤维撑杆阶段
  用碳纤维代替玻璃纤维,用环氧树脂取代不饱和聚酯的碳纤维复合材料,让撑杆性能有了大幅提高,杆体更轻,弹性和强度更好。在2000年悉尼奥运会上,碳纤维撑杆被男子选手普遍使用,前8名的成绩全部达到了5.80米以上。
  碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢大、密度比铝小、耐腐蚀超过不锈钢、耐高温好于耐热钢,同时又能像铜那样导电,并具有优异的电学、热学和力学性能的新型材料。目前撑杆跳高使用的碳纤维撑杆分为三层,外层是高强力碳纤维,可保证撑杆既柔韧又结实;中间是碳纤维带状织物;里层是绷带状的玻璃纤维,以防撑杆断裂或扭结。碳纤维杆在受到冲力时能产生大幅度形变,这种形变可将接受的动能迅速转化为势能,而当撑杆恢复原来的形状时,其机械势能又以弹力势能的形式作用于运动员,将人体“弹”起。另外,由于撑杆受力后能迅速弯曲,杆绕插头向前转动的半径减小,这样就加大了转动角速度,而使撑杆能较快竖直。正是碳纤维撑杆的出现,才使男子撑杆跳高纪录突破了6米,女子撑杆跳纪录超越了5米大关。
  当我们翻开撑杆跳项目的发展历史,就会发现一个颇为“有趣”的现象,即每次撑杆材料的革新,都提升了撑杆跳破纪录的频率和幅度,撑杆跳的发展史俨然是一部材料发展史。当竹杆、金属杆取代了坚硬沉重、没有弹性的木杆后,撑杆跳高的成绩开始节节攀升。轻巧而富有弹性的玻璃纤维杆问世后,助跑速度增加,动能和势能转换效率得到大幅度提高,从而带来了撑杆跳高成绩戏剧性的突破。1962年,玻璃钢撑杆的使用,就让当年撑杆跳高成绩的提高幅度超过了过去20年的总和。近年来,先进的碳纤维撑杆,更是让布勃卡35次刷新纪录,让伊辛巴耶娃22次打破纪录。