奥运会,比什么?

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  任何一个国家或者科研机构想要分析出奥运会的每一项科技,几乎是一件不可能完成的任务。因为奥运科技所包含的,不仅仅是主办国要提供尖端的建筑、交通、市政、安保,还有参赛人员的训练水平、材料科技、人体系统,以及更为复杂的药物检测、裁判手段甚至作弊手段。
  奥运会到底比什么?我们无法全面地探寻,还好,赛前、赛中与赛后总是有重点,我们就从重点开始吧。
  环保科技演绎建筑魅力
  “伦敦碗”的冒险主义
  作为2012年伦敦奥运会的开闭幕式与田径比赛场地,“伦敦碗”在设计阶段就充满了争议,当然,所有的争议都是为了在低碳环保的前提下赢得更好的观众体验。
  “伦敦碗”由5个环状结构组成,其下沉式的碗形设计,可以让80000名观众更近距离地观看比赛。奥运会结束后,“伦敦碗”还可以拆建成一座25000名观众席的永久场馆,拆下来的部分则回收再利用。不过,凡事没有绝对的完美,这种设计也有悲催的一面,下窄上宽的设计导致“伦敦碗”屋顶只有28米的半径,最多能遮盖场馆三分之二的观众。如果天公不作美浇上一场雨,前排观众的遮雨问题只能靠自己想办法了……
  当你坐在“伦敦碗”的座椅上观看比赛时,孰不知这座建筑的建材蕴合了“军火”的秘密:钢材全部来源于伦敦大都会地区警察总局没收的非法枪支与管制刀具。建筑主体在铺设钢材前,建筑方共回收了52吨的非法刀枪与市民丢弃的旧钥匙等废金属。当废金属回炉熔炼后,分别用于改善伦敦市政交通与奥运场馆。
  伦敦碗的外部,设计师使用了一种多孔、半透明的隔热保温材料,可以改善整个场馆的透气性。这种出自化学巨头陶氏化工的新型材料,比传统隔热材料轻35%,被称为“舒泰龙”。不过,这些新材料、新结构的使用导致伦敦碗造价不菲,花费了将近5亿英镑。
  拆与建,积木般的建筑方式
  奥运结束后,“伦敦碗”将拆除55000个座位,仅留下田径场和底层的25000个座位,奥运结束后出售给一家英超球队作为主场。不得不佩服设计师的长远考虑,有效避免了特大型体育场馆在盛大赛事之后的资源浪费与消耗。
  泳池项目的举办地——“海浪”,赛后将拆除白色翅膀,17000个座位仅留下2500个,成为对公众开放的游泳池;奥运自行车馆拥有12000个座位,其中6000个是临时的,在奥运会后将拆除临时座位追加自行车道,整个场馆也将对外开放。
  纯白色的奥运篮球馆将为预赛和1/4决赛提供12000个现场座位,整个建筑如同积木一般在奥运会后则将被彻底拆除并可能在他处重建,伦敦有不少公司提供运动场馆和设施租赁工作,这个篮球馆或许会出现在别的国家的运动会上。
  “伟大机器”驱使下的复杂运动
  无论哪一种运动比赛项目,运动员这台“伟大的机器”需要协调好身体内部每一个“零部件”,这样才能获得最好的竞赛成绩。我们以体操运动为例,探讨复杂运动中人体各系统是如何运作的。
  Hold住场面保得住金牌
  观看体操比赛的确配得上“鉴赏”二字,运动员每次的腾空、转体动作,其惊险刺激能够带来莫大的视觉美感。最好玩的是,中国队比赛时,大家心头默念:HOId住;外国队上场时则变为:掉下来。
  比赛中,虽然空中翻腾既赏心悦目又惊心动魄,但静态支撑更让人感受到运动员的力量。注意,与举重等项目的绝对力量相比,体操运动员更需要相对力量(四两拨千斤的巧力)。绝对力量是指人的最大力量,而相对力量则是最大力量与体重的比值(绝对力量大的人相对力量却不一定很大)。
  从表中我们可以清晰地发现随着体重级别的增加,抓举和挺举世界纪录中重量与体重的比值却在逐渐下降,这也说明举起的重量大并不代表相对力量大。
  由于电视转播中缺乏参照对象,观众很难看出体操运动员的高矮胖瘦,我们截取的相关数据显示,2008年奥运会中国男子体操运动员的平均身高为162cm,平均体重56kq;女子体操运动员平均身高145cm,平均体重35Kg。左图显示了中国普通人与国家男、女体操运动员身高的对比,应该说体操运动员相对于普通人来说是非常小巧的。他们完成水平支撑、十字支撑等静力支撑动作,力量大而体重小的运动员则占有很大优势。
  “伟大的机器”——人体
  奥运赛场上任何一个国家的体操队员都具备优秀的力量素质,技术动作成为决出胜负的关键,运动员的四肢位置、关节角度等都有严格的要求,这就需要运动员有着非常出色的神经肌肉控制能力。除此之外,感觉系统也是非常重要。人体就好比一台高精尖机器,感觉系统相当于输入设备,获取外界信息。神经系统则相当于超高性能处理器(电脑处理器与之相比,简直弱爆了),处理各种传入的信息并发出指令。运动系统则接受中枢指令并执行。
  感觉系统除了我们常规意义上的眼、口、痛感等等,还有一些是你感受不到存在的。前庭系统,藏在人类耳蜗内的三个半圆形的管状结构,沿着三个不同方向(好比三坐标扫描雷达)的平面交叠而成。前庭系统除了感受头部的位置,还会感受人体运动的速度,有些人晕车也与前庭功能薄弱存在一定关系。
  另外一个我们感受不到的感觉系统是“梭”,它藏在人体的肌肉和肌腱里,藏在肌肉里的为肌梭,藏在肌腱里的为腱梭。肌梭可以感受肌肉被拉长的程度和速度,而腱梭则可以感受肌肉收缩的程度。当肌肉被拉长到肌梭能够承受的最大范围时,它就会将这种信息通过神经传到中枢神经系统:“报告老大,再接着拉的话,这家伙的肌肉可就受伤啦!”
  有了上面这些感觉系统的帮助,体操运动员在比赛的时候由大脑想象动作,中枢神经系统则不断以大脑想象为蓝本发出动作指令,要求肌肉按照命令进行活动。同时,各种感受器又会不断将速度、位置、关节角度等信息不断地反馈回中枢神经系统并进行调节,力求更加完美的动作(如此复杂的运算能力与执行效率,现阶段的任何一台电脑均无法达到)。
  高水平的体操运动员比赛中的每个动作都是他们在训练中练习过千百次的动作,他们的空中翻腾动作、静态支撑动作的质量都要依靠良好的神经肌肉控制。高水平体操运动员与一般水平运动员最大的差异也正是这一能力的差异。   Hold住平衡的3种策略
  你提起一条腿后靠单腿还能Hold住身体,我建议你到平衡木上面去站一下,估计双腿都站不稳。
  以平衡木为例,平衡木高出地面1.2米,宽度为10厘米。10厘米的宽度对于普通人,想走得平衡都是有难度的,更何况运动员还要在平衡木上面蹦蹦跳跳完成一系列体操动作。这个时候,训陈出来的平衡能力起到关键作用。
  平衡的难度就在于平衡木很窄,客观上造成运动员只能在很小的支撑面内进行高难度的运动。当人体受到外界干扰使平衡被打破时,人体会自动使用三种策略保持平衡:即踝关节策略、髋关节策略和跨步策略。踝关节策略:在姿势纠正过程中起主要作用,重心较小的改变都是通过踝关节将重心调整在支持面内,一般发生在人站立在不稳定的支撑面上时(泡沫垫、斜坡等)。踝关节策略可以看作是一个倒置的钟摆。
  髋关节策略:这种策略通常在站立在很小的支撑面上时使用。平衡木比赛中也经常可以见到运动员完成空中翻腾动作后,落在器械上时,运动员都会出现短暂的髋关节屈曲动作。跨步策略:当前面两种策略不能挽回身体平衡的时候,人体自发采取跨步的方式保持平衡,你看体操运动员起跳用力过猛,落地的时候快Hold不住时,往往会采取跨步的方式站稳。不过这样一跨,扣分是少不了的。
  兴奋剂的罪与罚
  “更高、更快、更强”六个字无疑是激发人类运动潜能的箴言。运动员们争金夺银,靠的是真本事与持续而严格的科学训I练。走旁门左道的也不是没有。为了提高运动耐力、增强肌肉强度,运动员乃至国家队集体使用兴奋剂早已不是隐秘冰山。
  药物的“杯具”
  历数往届奥运会,总有人栽倒在兴奋剂检查上。有的人是明知故犯,有的人“躺着中枪”——食源性的兴奋剂来源,就连国家食品药品监管局,也要求含有兴奋剂目录的药品,必须在其外包装或者说明书上用中文注明“运动员慎用”。
  很多兴奋剂常见于各种药物。治疗疾病时,它们产生正常药理治疗作用,不会对人体造成伤害。但为达到某种目的,总有人铤而走险将治疗药物用作兴奋剂,这是万不应当。
  为提高运动水平,很多运动员过量滥用这些药物。例如,某些感冒药含有的麻黄碱能增强运动员的兴奋度,毫无疲倦感,超水平发挥运动技能。促红细胞生成素(EPO)促进红细胞的产生,医学上用于治疗肾衰、肿瘤等引起的贫血。被挪用至运动员后,能大幅度提升血红蛋白浓度,红细胞携氧能力增加。在短跑、跨栏等田径比赛中,EP0相当于运动员可以开的外挂,让运动员在高速奔跑中坚持的时间更久。
  躺着也中枪的运动员
  北京奥运会前,欧阳鲲鹏和美国泳将哈迪均因瘦肉精尿检阳性而被禁止参赛。瘦肉精属蛋白同化制剂,能减少酮体脂肪合成,被世界反兴奋剂机构禁止。但不得不说,瘦肉精算是低端得不能再低端的兴奋剂,尿检阳性者多数是吃路边摊烧烤造成,十分无辜。
  瘦肉精是一类药物的统称,目前主要是盐酸克伦特罗和莱克多巴胺。最初,盐酸克伦特罗用以治疗哮喘,但因为它副作用大而逐渐被医生弃用。上世纪80年代,美国人意外发现它竟然能促进蛋白质合成,提高猪瘦肉比率。考虑到人们大都喜欢吃瘦肉,讨厌油腻的肥肉,致使让盐酸克伦特罗有机会在禽畜身上大展拳脚。
  不过,猪饲料中的盐酸克伦特罗通常是人正常用药剂量的10倍。长时间饲养下,它们很容易在猪内脏器官里蓄积残留。如果人碰巧又吃了瘦肉精残留高的猪内脏便可能导致瘦肉精中毒。瘦肉精多属β-受体激动剂,受影响的人就会像“打了鸡血”一般——心脏被兴奋,心跳加快、血压升高等(编辑语:这完全是心脏病加高血压同时发作,直接要人命啊)。
  值得一提的是,我国禁止使用任何类型的瘦肉精,但让人不得不提心吊胆的是,编辑曾多次在农贸市场看到过猪皮接着大块瘦肉的猪肉,几乎没有脂肪层。至于瘦肉精真正的流通量,我们就不得而知了。
  悲催的“煤球王”
  虽然兴奋剂这个隐秘家族阵容强大,但十分悲催的是,一些研究证明这些药品并不都能有效增强运动能力,生长激素就是一个典型。生长激素能减少机体脂肪含量,但并不增强肌肉力量,反而可能降低运动员运动耐,增加不良事件发生率。作为一种脑垂体分泌的蛋白质,生长激素是人体内的天然激素。它刺激人体骨骼生长,如果缺少了它,则生长会受到严重的阻碍。人如果幼年期生长激素缺乏,将出现生长停滞,引发侏儒症。
  “煤球王”梅西最自卑的事儿莫过于身高,他11岁时便停止长高,13岁时才检查出生长激素缺乏,皮下注射生长激素就成了长高良方。这种药可不便宜,一年费用需上万美元。梅西当时所在的河床俱乐部不愿支付昂贵的费用为其补充生长激素,逼得他转会巴萨。经过几年持续治疗,梅西好歹算是长了个中等个头,巴萨也得到了一代球星。
  裁判手段
  裁判开一个小差,结果运动员为了一个小小的争议打了起来,裁判进来劝架,结果被双方运动员追打。这种事并不鲜见,尤其在足球运动场上最为常见。为了夺得冠军,谁都输不起。
  幸好,科技没有遗忘赛场,尤其是高速摄影与成像系统,更成为赛场上的绝对权威。鹰眼
  鹰眼也被称为即时回放系统,它是提高裁判判罚准确性的得力工具。这一技术原理并不复杂,但整套系统却十分精密。以网球比赛所用“鹰眼”为例,系统由8个或者10个高速摄像头,4台电脑和大屏幕组成。工作时,运用高速摄像机拍摄网球的运行轨迹,并利用电脑对信息进行处理,再通过大屏幕加以还原展现。
  首先,技术人员将球场的相关数据录入电脑,将比赛场地内的立体空间分隔成以毫米计算的测量单位;其次,8~10台高速摄像头从不同角度同时捕捉网球飞行轨迹的基本数据;电脑对信息进行汇总处理,将这些数据生成三维图像;最后利用即时成像技术,由大屏幕清晰地呈现出网球的运动路线及落点。从数据采集到结果演示,这个过程所耗用的时间不超过10秒钟。
  如果运动员对裁判判罚出界有异议,可以通过“鹰眼”加以确认。而且观众也可以及时看到慢镜头回放。不过,要告诉你的是,现场大屏幕播放的并不是真实的网球运行录像,而是经过数据处理后的模拟图像。
  除了网球比赛最早使用鹰眼外,曲棍球、体操、击剑等项目也开始接受其进行执法。有了“鹰眼”技术,网球赛场上的争议大幅度减少,它的成功应用让足球界人士开始思考:为什么不引入足球赛场,帮助裁判作出判决呢?(编辑语:足球比赛的误判是增加观看乐趣的重要因素,要是有了鹰眼系统就再也看不见球场上的集体散打了。)
  高速摄影
  飞人大战时,冠亚军的成绩差别要用千分之一秒来衡量,这么高速的比赛,当然要用高速摄影机来记录和分辨了。高速摄影机和拍摄电影时所用的摄像机有些相似。电影是以每秒24格的速度播放的,在拍摄电影的时候,同样每秒钟要拍摄24格胶片。如果每秒拍摄48格胶片,在放映的时候依然采用24格每秒的速度,那么将得到动作速度为原来一半的“慢”电影,或者说1秒钟被拉长成了2秒钟。田径短跑项目上使用的摄影机每秒钟可以拍摄超过一千张的照片,如果按照正常电影速度播放,相当于把1秒钟拉长成了约62秒。在这样的速度下,我们可以轻松判断出谁是冠军。
  结尾的话
  奥运会五环旗下的较量,不仅仅是人类一场体育竞赛这么简单,它采用了人类建筑设计的前沿科技,使用最先进的中继卫星系统进行全球直播,最先进的网络设备提供了更强大的信息交互能力,各种材料工程提高着运动员一分一毫的成绩……
  我们没有能力对奥运科技——盘点,我们只能选取赛前、赛中与赛后三个小部分阐述奥运精神。不过,“更高、更快、更强”的最大意义,就是驱使着人类向更前沿的目标迈进。
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