抗力低減、切断防止、エネルギー吸収…冬季オリンピック選手の「戦闘服」にはハイテク機能が満載！

2022年冬季オリンピックが近づくにつれ、私たちはますます多くのアスリートたちの競技を見ることを楽しみにしていますか?氷上・雪上スポーツや選手たちの俊敏な姿勢に注目しながら、競技用の服装にも注目したことがありますか？

私たちが知らない、アスリートの競技用ユニフォームに関するちょっとした秘密はあるのでしょうか?オリンピック選手にとってどのような助けになるのでしょうか?

実際、アスリートの競技用ユニフォームは見た目が良いだけでなく、特定の機能も備えていなければなりません。吸湿発汗処理、保温性など基本的な快適性要件を満たすだけでなく、スポーツの特性を考慮し、運動パフォーマンスの向上など多面的な機能も備えていなければなりません。優れた「バトルスーツ」は、アスリートが良い結果を達成するための効果的な支援も提供します。

出典: インターネット

2022年冬季オリンピックの選手たちの「戦闘服」は、科学者たちの努力の成果と言えるだろう。一つの「戦闘服」には、多くの現代のハイテク手段が使われています。技術力に富んだ競技用ユニフォームは、スピードスケート、ショートトラックスピードスケート、アルペンスキー、ボブスレーなど、多くの競技で古くから使用されてきました。

スポーツ競技の特性と衣服の要求に応じて、選手の体の最も広い面積を覆う競技用具として、競技ユニフォームにも独自の特性があります。たとえば、冬季オリンピックのレース競技では、選手は競技用ユニフォームに、スピード、保護、暖かさ、美しさという 4 つの主な要件を課しています。では、科学者はどのようにして競技用ユニフォームにこれらの機能を与えるのでしょうか?それでは秘密を明かしましょう〜

1速い

抗力低減

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冬季オリンピックの短距離競技では、選手のスピードを最大限に高めるために、ほとんどの選手がタイトなスポーツウェアを着用します。アスリートがタイツに求める主な要件は、抵抗の低減です。選手一人あたりの空気抵抗には、摩擦抵抗と圧力差抵抗が含まれます。

抗力低減効果はレーシングアパレルの生地によって影響を受けます。空気力学では、一般的に抗力係数は布地の抗力低減性能を判断するために使用されます。抗力係数が大きいほど抵抗が大きくなり、抗力低減効果は悪くなります。抗力係数は布地の空気抵抗に比例します。生地の空気抵抗が小さいほど抗力係数が小さくなり、運動に対する抵抗が小さくなり、生地の抗力低減効果が向上すると思われます。

空気抵抗 = 1/2 抗力係数 × ガス密度 × 風上面積投影 × 空気流速 2

科学者たちは、生地の空気摩擦抵抗や風洞実験に関する研究を行い、さまざまな競技イベントのシーンや風速、選手の競技姿勢をシミュレートし、さまざまな素材の衣料生地を研究しています。空気摩擦抵抗や空気抵抗係数などの指標に基づいて、生地が優れた抗力低減効果を持つかどうかを判断します。

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スピードスケートのタイツを例にとると、生地にはゴルフボールのハニカム構造に似た粗いテクスチャ構造が採用されており、これにより後流の乱流が軽減され、抗力低減効果が得られます。たとえば、ゴルフボールとピンポンボールを同じ力で投げた場合、ゴルフボールの方が遠くまで飛びます。理由の 1 つは、ゴルフボールの質量がピンポンボールの質量よりも大きいことです。第二に、ゴルフボールの表面は粗いので、抵抗が小さくなります。信じられないなら、ピンポン玉を投げてみて下さい。力一杯投げてください。ピンポンボールはまっすぐ飛んでいきません。まっすぐ飛ばしたいなら、力いっぱい投げなければなりません。ピンポンボールは表面が滑らかなので、空中を移動する際に後流乱気流が発生し、より大きな空気抵抗を受けます。ゴルフボールの表面が凹凸になっているため、空気中を移動する際に乱気流が発生しにくくなり、空気抵抗が少なくなります。

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一定の規則的な粗い表面は、スキースーツの抵抗を 10% 削減する可能性があります。粗い表面の布地の抗力係数は、風速が 50 ～ 60 km/h になると急激に低下します。したがって、これは、生地が滑らかであればあるほど抵抗が小さくなるという私たちの常識に反しています。これは主に、ある程度、わずかに粗い素材により、空気がより安定して素材の表面を流れるようになり、風の流れをより良く誘導し、圧力差抵抗を減らすのに役立つためです。

さらに、科学者たちは、切断と接合も抵抗を減らす鍵となることを発見しました。生地の縫い目の方向は、空気の流れの方向と一致しているか、風上側の位置から離れているため、継ぎ目のしわが減り、抵抗が高まります。

タイトな衣服がエネルギー代謝と筋肉に与える影響

実際、ぴったりとフィットする衣服は運動中の軟部組織の振動を軽減することができます。アスリートが回転やジャンプなどの高速で衝撃の大きい動きをする場合、より圧縮力のあるぴったりとした衣服が軟部組織や筋肉をしっかりと包み込み、それらの揺れを軽減し、アスリートの軟部組織や筋肉の損傷を軽減します。同時に、衣服の圧力が適切かつ合理的に分散されることで、筋肉の不要な振動が軽減され、アスリートの身体的なエネルギー消費が軽減され、スピードの向上にも役立ちます。

出典：張騫。スキースーツのカーブデザインに関する研究。北京ファッションテクノロジー学院。

写真のように、タイツの曲線状の分割線は、腰骨から内腿にかけて傾斜しており、この部分に平行に並ぶ大腿伸筋（外側広筋、内側広筋、大腿直筋）をしっかりと結び付け、効果的にひとつにまとめています。これにより、アスリートの不要な筋肉の振動が軽減されるとともに、アスリートの流線が最適化され、抵抗が軽減されます。

画像出典：張倩。スキースーツのカーブデザインに関する研究。北京ファッションテクノロジー学院。

これを見ると、着心地の悪い服装はアスリートのパフォーマンスに影響しないのだろうかと疑問に思うかもしれません。そうなると、アスリートたちは動くのに以前よりも多くの労力を必要とするのでしょうか?科学者たちもこの問題について考えています。この状況に対応して、研究者らは、下肢の強い圧迫条件下でのアスリートの 3 つの筋肉収縮モード (等尺性、等速度性、等速性) と、着地および反発動作の力出力および筋肉活性化パラメータを測定しました。結果は、タイツがアスリートの筋力、爆発力、垂直跳びの高さに影響を与えなかっただけでなく、同様の力の出力を維持しながら筋電図活動を減少させたことを示しました。つまり、タイツはアスリートの動きに影響を与えないだけでなく、長時間の運動による疲労を軽減することもできるのです。

アスリートの技術的な動きを最適化する

研究者たちはタイツのさらなる調査で、タイツがアスリートの技術的な動きを最適化することもできることを発見しました。結果、コンプレッションパンツを着用すると、垂直方向の地面反力が9％減少し、圧力中心の移動速度が14％減少し、圧力中心の位置が足の内側の底に近づくことがわかりました。これは動的バランス能力の向上の現れであり、アスリートの技術的な動きを最適化することでスピードが向上します。

2ガード

冬季オリンピックの競技のほとんどは衝突を重視したものだ。スピードスケートと同様に、ブレードは通常のアイススケートよりも長いです。アスリートは注意しないと怪我をします。アルペンスキーも危険が伴います。したがって、衝突事故に備えてスポーツウェアを「保護」することに特別な注意を払う必要があります。

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ショートトラックスピードスケートで使用される競技用ユニフォームは、伸縮性に優れたカッティング生地で作られています。想像してみてください。紙を切るときと、ナイフで風船ガムを切るとき、結果は違うのでしょうか?弾力性が高いほど、傷がつきにくくなります。

アルペンスキーでは、選手は旗門を通過する必要があり、必然的に衝突が発生します。多くの選手の手足は、旗門の柔らかいポールによってしばしば打撲傷を負います。新しく開発されたアルペンスキートレーニング用防護服は、新しい柱状耐衝撃構造と新しいエネルギー吸収・衝撃吸収素材を採用しています。この素材の生地は、選手がゲートを通過するときに受ける衝撃を効果的に軽減し、打撃を和らげることができます。

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3 暖かい

競技は氷と雪の上で行われるため、選手の保温の問題を考慮する必要があります。研究者たちは熟考の末、2つの方法を見つけました。 1つ目は、衣服の生地を改良し、繊維の保温性を高めることです。 2つ目は、能動加熱技術を使用して電気エネルギーを熱エネルギーに変換することであり、そのため、アスリートの衣服にバッテリーを搭載することは冗談ではありません。私たちの研究者は、事前、事後、日常的に、アスリートの衣服にバッテリーを取り付ける「Fortress」統合保温システムを開発しました。

科学者がアスリートの衣服に電池を詰め込む

ソース |監視カメラビデオ

しかし、レースイベントの場合、研究者が考慮する最後の点は暖かさです。さらに、アルペンスキーなどの一部の競技では、衣服の生地が一定レベルの通気性に達していなければ着用が許可されません。なぜなら、競技では選手たちはコートに出る前からすでにウォーミングアップを済ませており、フィールドでは怪我をしないようにしながら前へ突き進むだけでいいからです。競技の進行は概して速く、寒さは選手にそれほど影響を与えません。そのため、「スピード」と「保護」が「熱」と矛盾する場合、研究者は「スピード」と「保護」を優先します。

4. 美しさ

冬季オリンピックの選手のユニフォームについて言えば、誰もがまずこう思うだろう。「服は観客が見るものなので、美しいデザインは重要ではない」と。実はそうではありません。競技では、ユニフォームの見た目によって選手に追加ポイントが与えられることがあります。例えば、フリースタイルのエアリアルスキーでは、空中にいるときの選手の服装の見た目が審査員の採点に影響します。特に、衣服の色や柄は競技のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

スキーウェアのカラーシミュレーション

ソース |監視カメラビデオ

もちろん、スクランブルエッグとトマトの定番の色の組み合わせはもう見たくないという人もいました。私たちは皆、2022年冬季オリンピックの衣装が美しく、斬新で、流行に敏感なものになることを願っています。

この点について、デザイナーの劉燕玲氏は次のように述べた。「服装のスタイルに関しては、よりファッショナブルになり、国のトレンドに沿ったものになるでしょう。」デザイン面ではよりモダンになり、おそらくよりモダンで抽象的なグラフィックが採用されるでしょう。色彩や組み合わせの面でも、我が国独特の民族風格を反映する、より美しい色彩が選択されます。

出典: インターネット。そういえば、冬季オリンピックのタイツについて新たな認識はありましたか？衣服にこれほど多くの「ブラックテクノロジー」が使われているとは思いもしませんでした。この戦闘ローブには機能があるが

それは強力ですが、それが親しみやすさを妨げるものではありません。研究者らによると、この衣服は手洗いでも洗濯機洗いもできるという。

あなたたちは本当にこのような服を所有したいですか?冬季オリンピックの選手たちがフィールドで「戦闘服」を着るとき、彼らの服を気に入ることを忘れないでください。なぜなら、それは科学者たちの懸命な努力の成果だからです。

この記事のデータの出典: Yang Chenhao、Yang Yang、Hu Qi、他。冬季オリンピックのスピードスポーツにおけるタイトウェアの研究と応用状況[J]。中国スポーツ科学技術、2020年、56(1):7。

監査専門家：周 麗亜

東華大学ファッション学部准教授

出典: デジタル北京科学センター