Luftwiderstandsreduzierung, Schnittschutz, Energieabsorption ... Die „Kampfuniformen“ der olympischen Wintersportler enthalten so viele Hightech-Funktionen!

Freuen wir uns angesichts der bevorstehenden Olympischen Winterspiele 2022 darauf, immer mehr Athleten im Wettkampf zu sehen? Ist Ihnen beim Beobachten der Eis- und Schneesportarten und der agilen Haltung der Athleten auch deren Wettkampfkleidung aufgefallen?

Welche kleinen Geheimnisse gibt es über die Wettkampfuniformen der Athleten, die wir nicht kennen? Wie hilft es unseren olympischen Athleten?

Tatsächlich muss die Wettkampfuniform der Sportler nicht nur gut aussehen, sondern auch bestimmte Funktionen erfüllen. Sie müssen neben den grundlegenden Komfortanforderungen wie Feuchtigkeitsaufnahme und Schweißmanagement, Wärmespeicherung etc. auch die Besonderheiten der Sportart berücksichtigen und mehrere Funktionen erfüllen, wie beispielsweise die Verbesserung der sportlichen Leistung. Auch Sportler können durch einen guten „Battle Suit“ wirkungsvoll dabei unterstützt werden, gute Ergebnisse zu erzielen.

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Die „Kampfuniformen“ der Athleten bei den Olympischen Winterspielen 2022 sind das Ergebnis harter Arbeit von Wissenschaftlern. Eine „Kampfuniform“ verwendet viele moderne Hightech-Mittel. Wettkampfuniformen mit hohem technologischen Leistungspotenzial werden seit langem bei vielen Wettbewerben eingesetzt, beispielsweise beim Eisschnelllauf, Shorttrack, Ski Alpin, Bobfahren usw.

Entsprechend den Merkmalen der Sportveranstaltung und den Anforderungen an die Kleidung weist die Wettkampfuniform als Wettkampfausrüstung, die den größten Bereich des Körpers des Sportlers bedeckt, auch ihre eigenen Merkmale auf. Bei den Rennwettbewerben der Olympischen Winterspiele beispielsweise werden von den Athleten vier Hauptanforderungen an die Wettkampfuniform gestellt: Geschwindigkeit, Schutz, Wärme und Schönheit. Wie also verleihen Wissenschaftler Wettkampfuniformen diese Funktionen? Dann lass mich dir das Geheimnis verraten~

1 Schnell

Reduzierung des Luftwiderstands

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Um die Geschwindigkeit der Athleten bei den Sprintwettbewerben der Olympischen Winterspiele zu maximieren, tragen die meisten Athleten enge Sportbekleidung. Die Hauptanforderung der Sportler an Tights ist die Reduzierung des Luftwiderstands. Der Luftwiderstand eines einzelnen Sportlers umfasst den Reibungswiderstand und den Druckunterschiedswiderstand.

Der Effekt der Luftwiderstandsreduzierung wird durch das Material der Rennbekleidung beeinflusst. In der Aerodynamik wird der Luftwiderstandsbeiwert im Allgemeinen verwendet, um die Widerstandsreduzierungsleistung von Stoffen zu beurteilen. Je größer der Luftwiderstandsbeiwert, desto größer der Widerstand und desto schlechter der Effekt der Widerstandsreduzierung. Der Luftwiderstandsbeiwert ist proportional zum aerodynamischen Widerstand des Gewebes. Es scheint, dass der Luftwiderstandsbeiwert umso kleiner ist, je geringer der aerodynamische Widerstand des Gewebes ist, desto kleiner ist der Bewegungswiderstand und desto besser ist die widerstandsreduzierende Wirkung des Gewebes.

Luftwiderstand = 1/2 Widerstandskoeffizient × Gasdichte × Luvflächenprojektion × Luftströmungsgeschwindigkeit 2

Wissenschaftler führen Untersuchungen zum Luftreibungswiderstand von Textilien und Windkanaltests durch, simulieren die Schauplätze und Windgeschwindigkeiten verschiedener Wettkampfereignisse sowie die Wettkampfhaltungen der Athleten und untersuchen Kleidungsstoffe aus unterschiedlichen Materialien. Sie beurteilen anhand von Indikatoren wie dem Luftreibungswiderstand und dem aerodynamischen Widerstandskoeffizienten, ob das Gewebe eine gute widerstandsreduzierende Wirkung hat.

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Am Beispiel von Eisschnelllauf-Strumpfhosen weist der Stoff eine raue Texturstruktur auf, die der Wabenstruktur eines Golfballs ähnelt. Dadurch können die Turbulenzen der Nachlaufströmung verringert und so der Luftwiderstand verringert werden. Wenn Sie beispielsweise einen Golfball und einen Tischtennisball mit der gleichen Kraft werfen, fliegt der Golfball weiter. Ein Grund dafür ist, dass die Masse des Golfballs größer ist als die des Tischtennisballs. Zweitens ist die Oberfläche des Golfballs rau, sodass der Widerstand geringer ist. Wenn Sie es nicht glauben, können Sie versuchen, einen Tischtennisball zu werfen. Wirf es mit großer Kraft. Ein Tischtennisball fliegt nicht geradeaus, und wenn Sie möchten, dass er geradeaus fliegt, müssen Sie ihn mit großer Kraft werfen. Da die Oberfläche eines Tischtennisballs glatt ist, erzeugt er bei seiner Bewegung in der Luft Wirbelschleppen und ist daher einem größeren Luftwiderstand ausgesetzt. Die unebene Oberfläche eines Golfballs verhindert Turbulenzen im Nachlauf, wenn er sich in der Luft bewegt, sodass er auf weniger Luftwiderstand stößt.

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Eine gewisse, gleichmäßige Rauheit der Oberfläche kann den Widerstand eines Skianzugs um 10 % verringern. Der Luftwiderstandsbeiwert eines Gewebes mit rauer Oberfläche sinkt stark, wenn die Windgeschwindigkeit zwischen 50 und 60 km/h liegt. Dies widerspricht also unserem gesunden Menschenverstand, dass der Widerstand umso geringer ist, je glatter der Stoff ist. Dies liegt vor allem daran, dass leicht raue Materialien bis zu einem gewissen Grad einen stabileren Luftstrom über die Materialoberfläche ermöglichen, den Windstrom besser leiten und dazu beitragen, den Druckunterschiedswiderstand zu verringern.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Schneiden und Spleißen ebenfalls entscheidend zur Verringerung der Resistenz beitragen. Die Richtung der Stoffnähte entspricht der Luftstromrichtung oder ist von der Windrichtung weg gerichtet, wodurch Falten an den Verbindungsstellen reduziert und der Widerstand erhöht werden kann.

Der Einfluss enger Kleidung auf den Energiestoffwechsel und die Muskulatur

Tatsächlich kann ein gut sitzendes Kleidungsstück die Vibrationen des Weichgewebes während des Trainings reduzieren. Wenn Sportler schnelle, stoßintensive Bewegungen wie Drehen und Springen ausführen, können eng anliegende Kleidungsstücke mit besserer Kompression die Weichteile und Muskeln fest umschließen und so deren Zittern verringern. Dadurch werden Weichteil- oder Muskelverletzungen der Sportler verringert. Gleichzeitig kann ein angemessener und vernünftig verteilter Druck der Kleidung dazu beitragen, unnötige Muskelvibrationen zu reduzieren, sodass Sportler ihren körperlichen Energieverbrauch senken und ihre Geschwindigkeit verbessern können.

Quelle: Zhang Qian. Forschung zum Kurvendesign von Skianzügen. Pekinger Institut für Modetechnologie.

Wie auf dem Bild zu sehen, verläuft die geschwungene Trennlinie der Tights vom Hüftknochen zur Innenseite des Oberschenkels und bindet die in diesem Bereich parallel angeordneten Oberschenkelstreckermuskeln (Musculus vastus lateralis, Musculus vastus medialis, Musculus rectus femoris) eng zusammen und bündelt sie so zu einem Ganzen. Dadurch können unnötige Muskelvibrationen des Sportlers reduziert werden, während gleichzeitig die Stromlinienform des Sportlers optimiert und der Widerstand verringert wird.

Bildquelle: Zhang Qian. Forschung zum Kurvendesign von Skianzügen. Pekinger Institut für Modetechnologie.

Nachdem Sie dies gesehen haben, fragen Sie sich vielleicht: Beeinträchtigt einschränkende Kleidung nicht die Leistung von Sportlern? Ist es für Sportler dann anstrengender, sich zu bewegen, als früher? Auch Wissenschaftler denken über dieses Problem nach. Als Reaktion auf diese Situation maßen sie die drei Muskelkontraktionsmodi der Athleten (isometrisch, isokinetisch und isokinetisch) sowie die Kraftabgabe und Muskelaktivierungsparameter der Lande- und Rückprallbewegungen unter engen Kompressionsbedingungen der unteren Gliedmaßen. Die Ergebnisse zeigten, dass Strumpfhosen nicht nur keinen Einfluss auf die Muskelkraft, die explosive Kraft und die vertikale Sprunghöhe der Athleten hatten, sondern dass sie im Gegenteil die elektromyografische Aktivität verringerten, während die Kraftabgabe ähnlich blieb. Mit anderen Worten: Strumpfhosen beeinträchtigen die Bewegungen des Sportlers nicht nur nicht, sondern können auch die durch langfristiges Training verursachte Ermüdung verringern.

Optimieren Sie die technischen Bewegungen von Athleten

Bei weiteren Untersuchungen von Strumpfhosen stellten die Forscher fest, dass Strumpfhosen auch die technischen Bewegungen von Sportlern optimieren können. Die Ergebnisse zeigten, dass beim Tragen von Kompressionshosen die vertikale Bodenreaktionskraft um 9 % reduziert werden kann, die Geschwindigkeit der Druckmittelpunktbewegung um 14 % verringert werden kann und die Position des Druckmittelpunkts näher an der Innensohle des Fußes liegt. Dies ist Ausdruck einer verbesserten dynamischen Gleichgewichtsfähigkeit, die durch Optimierung der technischen Bewegungen des Athleten zu einer Verbesserung der Geschwindigkeit führt.

2 Wache

Bei den meisten Disziplinen der Olympischen Winterspiele geht es um Kollisionen. Wie beim Eisschnelllauf sind die Kufen länger als bei normalen Schlittschuhen. Wenn Sportler nicht aufpassen, verletzen sie sich. Auch der alpine Skisport birgt viele Gefahren. Deshalb sollte dem „Schutz“ der Sportbekleidung bei Kollisionsereignissen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

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Die Wettkampfuniformen im Shorttrack bestehen aus hochelastischem Schnittgewebe. Stellen Sie sich vor: Sind die Ergebnisse unterschiedlich, wenn wir Papier oder Kaugummi mit einem Messer schneiden? Je höher die Elastizität, desto geringer die Kratzergefahr.

Beim alpinen Skisport müssen die Athleten Flaggentore passieren, was zwangsläufig zu Kollisionen führt. Bei vielen Sportlern kommt es durch die weichen Stangen der Fahnentore immer wieder zu Prellungen der Gliedmaßen. Die neu entwickelte Schutzkleidung für das alpine Skitraining verwendet eine neue säulenförmige, schlagfeste Struktur und ein neues energie- und stoßabsorbierendes Material. Das Gewebe dieses Materials kann die Stöße, die die Sportler beim Passieren der Tore erleiden, wirksam reduzieren und abmildern.

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3 Warm

Da die Wettkämpfe auf Eis und Schnee stattfinden, müssen wir uns Gedanken darüber machen, wie wir die Athleten warm halten können. Nach langem Überlegen fanden die Forscher zwei Methoden. Die erste besteht darin, den Stoff der Kleidung zu verbessern und die Wärmespeicherung der Fasern zu erhöhen. Die zweite besteht darin, mithilfe aktiver Heiztechnologie elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Daher ist der Einbau von Batterien in die Kleidung der Sportler kein Kinderspiel. Vorher, nachher und im Alltag entwickelten unsere Forscher das integrierte Wärmesystem „Fortress“, bei dem Batterien an der Kleidung der Sportler angebracht werden.

Wissenschaftler stopfen Batterien in die Kleidung von Sportlern

Quelle | CCTV-Video

Bei Rennveranstaltungen ist die Wärme jedoch das Letzte, was die Forscher berücksichtigen. Darüber hinaus ist bei manchen Disziplinen, wie beispielsweise beim alpinen Skisport, erforderlich, dass der Stoff der Kleidung eine bestimmte Atmungsaktivität aufweist, bevor sie getragen werden darf. Denn für den Wettkampf haben sich die Athleten bereits aufgewärmt, bevor sie aufs Feld gehen, und auf dem Feld müssen sie nur noch Verletzungen vermeiden und weiter nach vorne stürmen. Der Wettkampfablauf ist in der Regel schnell und die Kälte macht den Athleten kaum etwas aus. Wenn also „Geschwindigkeit“ und „Schutz“ mit „Wärme“ in Konflikt geraten, geben die Forscher „Geschwindigkeit“ und „Schutz“ den Vorzug.

4. Schönheit

Wenn es um die Uniformen der Athleten bei den Olympischen Winterspielen geht, ist die erste Reaktion aller wahrscheinlich: Schönes Design zählt nicht, denn die Kleidung ist für das Publikum bestimmt. Eigentlich ist es das nicht. Bei Wettkämpfen kann das Aussehen der Uniformen den Athleten manchmal zusätzliche Punkte einbringen. Beim Freestyle-Aerialskiing beispielsweise wirkt sich das Aussehen der Kleidung des Athleten in der Luft auf die Wertung der Kampfrichter aus. Insbesondere Farbe und Muster der Kleidung können die Leistung im Wettkampf beeinflussen.

Farbsimulation von Skibekleidung

Quelle | CCTV-Video

Natürlich gab es auch Stimmen, die sagten, dass sie die klassische Farbkombination aus Rührei und Tomate nicht noch einmal sehen möchten. Wir alle hoffen, dass die Kostüme für die Olympischen Winterspiele 2022 schön, neuartig und modisch sein werden.

Designer Liu Yanling sagte diesbezüglich: „Der Kleidungsstil wird modischer sein und sich an nationalen Trends orientieren; in Bezug auf das Design wird es moderner sein und möglicherweise werden modernere und abstraktere Grafiken verwendet; und in Bezug auf Farbe und Abstimmung werden schönere Farben ausgewählt, die unseren einzigartigen nationalen Stil widerspiegeln.

Quelle: Internet. Apropos: Haben Sie ein neues Verständnis für die Strumpfhosen der Olympischen Winterspiele? Ich hätte nie gedacht, dass ein Kleidungsstück so viel „schwarze Technologie“ enthalten könnte. Obwohl diese Kampfrobe die Funktion hat

Es ist leistungsstark, aber das hindert es nicht daran, zugänglich zu sein. Forscher sagen, dass dieses Kleidungsstück mit der Hand oder in der Maschine gewaschen werden kann.

Wollt ihr wirklich so ein Kleidungsstück besitzen? Wenn die Athleten der Olympischen Winterspiele ihre „Kampfuniformen“ auf dem Feld tragen, vergessen Sie nicht, ihre Kleidung zu mögen, denn diese ist die harte Arbeit von Wissenschaftlern!

Datenquelle in diesem Artikel: Yang Chenhao, Yang Yang, Hu Qi, et al. Forschungs- und Anwendungsstand enger Kleidung in olympischen Winter-Speedsportarten[J]. Chinesische Sportwissenschaft und -technologie, 2020, 56(1):7.

Prüfungsexperte: Zhou Liya

Außerordentlicher Professor, School of Fashion, Donghua University

Quelle: Digital Beijing Science Center