“各就各位，预备…...”

2016年8月，来自世界各地的数百名赛跑选手将飞往巴西的里约热内卢，参加2016年奥林匹克运动会。那些在起跑线上准备就绪的选手们脑子里除了对胜利的渴望、对发令枪响的期待，别无他物。然而，对于某些旁观者来说，比赛是一场分析：如何运用科学知识来分析和提升赛跑者的表现?这些旁观者就是生物力学家，他们研究的领域就是运动生物力学。

生物力学家沙龙·迪克逊博士(Dr.Sharon Dixon)是英国埃克塞特大学(University of Exeter)生物力学研究小组的一员，她将自己和同事所做的工作描述为“专注于诸如跑步、网球、橄榄球和足球等领域的运动损伤的生物力学机制”。

当迪克逊博士看着起跑线上的运动员时，她不仅在为自己的团队加油，同时也在以专业的眼光看待跑道上发生的事情。

“……跑!”

发令枪响后，赛跑者会经历两个不同的阶段。在第一个阶段，也就是加速运动阶段，赛跑者身体前倾，利用脚和地面之间的摩擦力使双腿的受力方向与地面平行。

摩擦力是阻碍相互接触的两个物体做相对运动的力。轮胎接触地面时的抓地力也是一种摩擦力。物体表面越光滑，摩擦系数越小，所以光滑的冰面的摩擦系数较粗糙的路面小。

赛跑者需要推力来帮助他超越竞争者，摩擦力正是这样一种推力。为了抓牢地面，赛跑者的鞋底和跑道表面必须紧密贴合，这样才能产生足够大的摩擦力帮助他向前跑。赛跑者也可以自己施加向下的压力以产生摩擦力，但这样会消耗有限的体力。

这就是为什么赛跑者的跑鞋上需要设计鞋钉的原因。鞋钉扎进地里，赛跑者就不需要自己给地面施压以产生摩擦力，这样节省的体力可以更好地给自己提速。

当赛跑者达到最快速度时，已无法保持身体前倾，而是挺直身体，这时就进入了第二个阶段匀速运动阶段，他将保持最快速度奔跑直至终点。

鞋钉以上的鞋体部分的设计是为了最大限度地提升速度、减少不适和损伤。鞋钉设在鞋外底，鞋外底很硬，主要是为了保持鞋形以及增大摩擦力。鞋外底之上是鞋中底，通常由泡沫塑料制作而成，可吸收蹬地时地面对人体的反作用力。再上是鞋内底，鞋内底与脚底接触，非常舒适。

鞋底以上的部分是鞋帮，跑鞋的鞋帮通常由布料制作而成，作为额外的刚性结构包裹并支撑脚。鞋帮的后面部分是鞋后跟，用来支撑脚后跟。脚后跟作为旋转关节，比脚上其他较硬的部分受力更多，更容易受伤。为加固脚后跟，鞋底还可放入楔形鞋垫，进一步吸收反作用力，改变脚蹬地的角度。

这两个阶段涉及的运动十分复杂，包括大量活动部位和动作，迪克逊博士的工作就是研究这些部位是如何移动的，然后她运用掌握的知识来帮助运动员更加高效地跑起来。