运动鞋的功能性设计中摩擦力大小是很重要的一项内容。鞋的摩擦力大小决定了鞋的止滑性能的好坏。止滑性能的好坏又与鞋类的防损伤性能密切相关。运动鞋的种类很多，各种鞋对于止滑性能要求不一样，这里着重探讨网球鞋和马拉松鞋的止滑研究。因为这两种鞋穿着人群较多，对防滑性能要求也比较高，所以特意选取二者进行比较研究，以期发掘其技术指标。

鞋底的止滑性直接影响着鞋穿用时的舒适性和安全性。不仅如此，止滑性差，运动时不仅容易打滑摔跤，还会给运动、比赛成绩带来负面影响。为了减少因鞋底止滑性差造成的不良影响。另外，轻量化、多彩化、款式多样化正成为运动鞋底发展的趋势与主流，使运动鞋底朝着轻量、多色、美观的方向飞速发展。鞋底花纹是构成鞋底款式结构的要素之一，因此，款式的多样化也必然体现在鞋底花纹多样化上。

鞋子在运动中出现的滑移现象分为前后方向和左右两侧方向，即纵向和侧向。因此，防滑性能良好的鞋底应该具有防止纵向、侧向滑移的性能。鞋底摩擦力大，可避免滑倒，并能有效地制动和起跳，但摩擦力太大，又会影响脚的灵活性，产生疲劳造成下肢运动伤害。如何提高鞋底的止滑性，已成为制鞋行业和鞋类研究者关注的焦点，近年来国内外在这方面的研究一直没有间断过，已初具规模，并且在运动的成绩和安全方面都发挥着至关重要的作用。

为了详尽剖析鞋底摩擦力的大小，我们对这两种鞋进行了精密的实验研究。本研究之前的摩擦力实验大多是制鞋厂家的小品种实验。厂家都是将鞋底剖开后在鞋用滑动试验机、动摩擦力测试仪上测试实验，该方法只是静态的单方向实验，不能反映人体运动时真实的状态。本实验力求模拟人体运动时的动作(变速度模拟)，通过对网球鞋与马拉松鞋的变载荷模拟实验，为运动训练中对运动鞋的选择，防止关节、肌腱和韧带损伤提供理论帮助。

该实验的研究对象采用未磨损过的新鞋:选择八双不同型号网球鞋与五双不同型号马拉松鞋进行对比研究。研究方法采用改装过的Instron材料力学试验机，该机用定滑轮和Instron材料力学试验机测力传感器相固定，力线一端与模拟人脚轴心相连(模拟人体运动中足关节的受力)，使实验样本按照具体操作说明放置在实验板上的中央，另一端通过定滑轮改变力的方向，使得垂直方向上的力方向变为水平方向上的力，并使实验样本的受力方向与滑动方向平行，且测力实验样本匀速运动状态下每只鞋实验3次，结果取其均数，统计结果用spss12.0进行数据分析，如图4-4、图4-5所示。

图4-4　现场测试图

图4-5　实验操作图

1—模拟地面2—模拟人脚3—模拟人脚轴心4—定滑轮

该实验的条件环境温度为实验室常温。模拟运动初始速度为50mm/min，在位移为100mm时速度变为500mm/min。实验试样数量为13双网球鞋，加载重量为0.660kg(每只样品鞋在电子秤上的称得的质量)，实验之前先利用橡皮泥将鞋底的花纹印出来，再用游标卡尺量出花纹厚度。实验设备采用Instron Series Ix/s材料力学实验机，然后再根据网球和马拉松比赛常用比赛场地——硬地场和塑胶跑道的基本特征设计出“模拟硬地场地实验面板”和“模拟塑胶跑道实验面板”，之后选取13只不同底纹的网球鞋及马拉松鞋样本进行实验。

该实验的原理是以Instron Series Ix/s材料力学实验机提供恒定不变的速度，使得外力F=摩擦力f。模拟人脚穿着样鞋接触运动的地面时，其所受的水平力方向力即相对滑动摩擦力，并以之得到鞋与模拟地面的最大静摩擦力及滑动摩擦力。实验之前要先将样鞋进行分类。

首先，通过鞋底花纹区别把鞋子进行编号，并通过前述测量前后脚掌鞋底厚度，“鞋底花纹”是指鞋底上明显的凸起或凹陷，“鞋印花纹”指鞋底在各种承痕体上形成的花纹，通过对鞋的测量，结果如表4-5所示。

表4-5　样鞋的分类概述

续表

当鞋底测量完之后，按照下面的试验方法记录下实验数值。

(一)方案1:不同花纹鞋底在不同地面上运动摩擦力值(N)

通过Instron Series Ix/s材料力学实验机，我们得出如下的鞋在木板与塑胶地面上的运动摩擦力值(N)，其中包括向内侧滑的最大静摩擦力值、向外侧滑的最大静摩擦力值、直行的最大静摩擦力值;在速度为50mm/min的低速运动下的动摩擦力值以及在速度500mm/min的变摩擦力值(模拟跑步中的变摩擦力值)，如表4-6所示。

表4-6　不同花纹鞋底花纹在不同地面上运动摩擦力值(N)

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(二)方案2:相同花纹鞋底在不同地面上运动摩擦力值

由表4-5与图4-6可知:

(1)模拟塑胶地面上的摩擦力大小明显比模拟木板地面上的摩擦力大小要大。

(2)从变化斜率比较来看，直行变速后摩擦力最大值＞直行变速后摩擦力稳定值＞直行摩擦力最大值＞直行摩擦力稳定值。

图4-6　鞋在不同地面上运动摩擦力

(三)方案3:不同花纹鞋底在同种地面上运动摩擦力

我们假定序号1——波折型;序号2——线条型;序号3——边块型;序号4——交叉型，由表4-6与图4-7可知:

图4-7　不同花纹鞋底在同种地面上运动摩擦力

(1)最大静摩擦力值，木地板1＞3＞4＞2，塑胶地面2＞4＞1＞3。

(2)直行稳定时摩擦力值，木地板1＞3＞4＞2，塑胶地面2＞4＞1＞3;

(3)变速时摩擦力值，木地板1＞3＞2＞4，塑胶地面2＞4＞3＞1;

(4)变速稳定后摩擦力值，木地板1＞3＞2＞4，塑胶地面2＞4＞3＞1。

由此可以看出在木地板上，折线的花纹摩擦力较大，而交叉的花纹摩擦力较小;在塑胶地面上，线条的花纹摩擦力较大，而点状的花纹摩擦力较小。摩擦力的大小除了与鞋底花纹有关以外，还与鞋掌厚度具有相关关系，我们将其与底花纹之间做了相关性分析。结果如表4-7所示。

前脚掌厚度与木板直行-0.647，木直行稳-0.647。后鞋掌厚度0.652，塑内侧滑-0.585。塑内侧滑稳-0.634。后鞋掌厚度与塑直行塑直行稳定塑变速后-0.646。塑变速后稳定-0.669。不同鞋底花纹与塑向外侧-0.775。滑塑外滑稳定-0.725。

表4-7　摩擦力大小与鞋掌厚度的相关分析

注 *P＜0.05;＊＊P＜0.01。

通过数据分析，我们得知不同底纹的网球鞋在“模拟塑胶地面”上的摩擦力值都高于在“模拟硬地场”取得的实验结果。网球运动鞋的场地有多种类型:草坪、黏土地、木地板(如软式网球)、人造树脂地面等。为适应不同摩擦性能的地面，应设计选择不同的鞋底花纹，关键是应掌握牵引摩擦力、旋转摩擦力及鞋底防滑性能的平衡。有一定底纹深度及分散性的马掌型防滑块，较适宜在草地，木板等地面上的运动;底纹相对平缓，细致的鞋底，更适宜在沙土地上的运动，这样的底纹块不会在鞋底黏带起太多的粗砂或泥土。