从力学到人机工程学揭秘残奥会上那些令人瞩目的轮椅科技
在残奥会的赛场上,运动员们用他们顽强的意志和拼搏的精神诠释着生命的力量与体育的魅力。而他们所使用的运动轮椅,就如同战场上的武器,发挥着至关重要的作用。
这些看似普通的轮椅,实则蕴含着丰富的科学原理与精球盟会巧的设计理念。从力学稳定性到人机工程学,每一处设计都经过了精心的考量。无论是 “八字形” 轮椅在高速转弯时的稳定表现,还是各种不同类型的残奥运动轮椅,如精密的轮椅体育舞蹈轮椅、独特的轮椅击剑轮椅、规范的轮椅篮球轮椅和形状别致的竞速轮椅,它们各自有着独特的构造与特点。
这些运动轮椅不仅是残疾运动员的行动工具,更是他们在赛场上展现自我、为国争光的重要依托,背后的故事值得我们深入探究。
在巴黎残奥会等赛事中,我们会发现轮椅网球、轮椅篮球、轮椅竞速等比赛中运动员使用的轮椅都是 “八字形” 的。竞技体育中使用这种 “八字形” 轮椅,一个关键原因在于力学稳定性。就像大车拐弯容易侧翻一样,轮椅在拐弯时也会因为产生向心加速度而出现外向的惯性力,导致运动员上半身被 “甩” 至外侧,重心偏移,从而使轮椅在极速转弯时容易侧翻。
人体体型决定了轮椅坐垫的宽度,普通轮椅的 H 型设计虽节省空间但地面支点间距小,影响稳定性,不适合竞技比赛。而 “八字形” 轮椅设计能增加地面支点间距,增大支点围成的面积,有效降低侧翻风险。轮椅类竞技体育中的力学分析十分关键,不仅有静力学分析,动力学分析也尤为重要。比如在轮椅冰壶运动中,相关力学和运动学分析能为轮椅设计提供方案,也能指导运动员训练。
增加两后轮间距可增强竞技轮椅稳定性,而运动员双手可操控区域决定了轮子的 “八字形” 设计,这体现了人机工程学原理。如果采用 H 型设计,运动员操控后轮时手臂需始终横向张开,不利于发挥手臂力量,还易引发疲劳,而 “八字形” 设计能让运动员表现更出色。而且竞技轮椅中的人机工程学分析还涉及轮椅与坐垫间距、轮椅包容性、运动员姿态、作业空间等多方面。
八字型轮椅作为残疾人士行动辅助器具非常常见。它的主体部分构成 “八” 字型,四个轮子与 “八” 字型相对位置分布,这种设计使轮椅在转弯、遇到坡度等情况下更灵活稳定。轮椅的座椅可调节高度、角度和深度,方便残疾人士调整到舒适状态。
使用轮椅时需注意一些问题,比如不要随意进入不平整的人行道以免轮椅倾斜导致意外伤害;要定期检查轮子磨损、座椅和脚架稳定性等;不同残疾人士需选择适合自己型号和配置的轮椅。轮椅八字型对残疾人士意义重大,是他们行动的重要辅助,其设计让出行更轻松安全。我们作为社会一员,应关注残疾人士生活与福利,让他们在轮椅上享受美好生活。
轮椅体育舞蹈所用轮椅大多有 4 个轮子,也有 3 个轮子。大轮子是主轮,小轮子是副轮,轮轴稍微向外,主轮倾斜角度和副轮一起为选手提供稳定性。其最大特点是小巧轻便、结实精密,为了让运动员更好地完成旋转等舞蹈动作,有着极高精密度,一般使用铝合金等较轻且硬度高的材料制作。
轮椅击剑轮椅与生活轮椅较相似,但它最独特的是只有一侧扶手,因为比赛规定持剑手一侧不允许安装扶手,同时轮椅需通过涂层或可拆卸接地外罩做到完全绝缘。这种轮椅是根据运动员体型量身打造的,坐垫宽度左右两侧不能超过运动员身体 3 厘米,坐椅到地面距离不得超过 53 厘米,坐垫厚度不能超过 10 厘米,靠背根据伤残程度有不同范围限制。在轮椅击剑比赛中,轮椅固定在击剑台固定框架上,运动员不能起身、离开轮椅,轮椅会随运动员动作倾斜。
轮椅篮球轮椅是残奥会众多轮椅中首先拥有国家标准的,所以它是最规范的轮椅。按照标准,它至少有 3 个轮子,后侧两个大轮,前侧 1 或 2 个小轮子,活动能力强的运动员后面可能会多加 1 - 2 个轮子以增大活动范围。轮椅整体高度不能超过 53 厘米,大轮子最大直径为 69 厘米,每个轮子上必须有手制动轮,其他装置不可有。轮椅前部和侧部有保护杠保证运动员安全,后侧两个大轮呈八字型且有防倾装置,扶手和附属装置不能超过球盟会队员自然姿势腿和躯干位置,不同残疾等级运动员的轮椅在坐垫与靠背高度等方面有不同要求。
竞速轮椅形状独特,除了两个大后轮外,前端还有一个伸出去的较小轮子,像三轮自行车。规定大轮子直径最大不得超过 70 厘米,小轮子直径最大不得超过 50 厘米,轮椅高度不超过 50 厘米,后两轮呈八字形,有 10 度至 15 度外倾角保证稳定性。此外,竞速轮椅不允许有用于驱动的机械装置或杠杆,只能靠运动员驱动轮子或转动摇把前进,其材料从铝逐渐发展到碳纤维,使整体更轻更稳定。
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