凉感运动服装是如何影响运动员的整体表现的?

本文简要概述影响运动服穿着体验的热机制。

前言

衣服是我们的第二层皮肤,它为我们提供了一道热屏障,保护我们在寒冬免受免狂风和暴风雪的侵袭。同时,在较温暖的气候下,衣服可以减少我们的皮肤暴露在有害的紫外线下,从而保障肌肤健康。服装不仅仅是能让人眼前一亮的东西,还是设计师用来表达情感、创造力和风格的画布。设计师在选择制作服装的面料时,除了需要考虑美观度以外,还需考虑面料在极端环境条件(寒风或烈日)的化学性能和卫生问题等,以更好地防护身体。就运动服装而言,热防护和热调节是服装材料的一个极其重要的特性,它对运动员的温度调节能力和整体表现有重大影响。

热性能的重要性

研究员们在研究适合运动服的最佳面料,已投入了大量的时间和精力,并希望这些研究的应用能为运动员们提供舒适感体验,而这些研究在极高赛事水平比赛中对运动员来说尤为重要。1992年巴塞罗那夏季奥运会女子100米最后冲刺,就是一个证明衣服的热调节能力对在高水平体育赛事中有重要影响的案例。这场赛事成为了奥运历史上成绩最接近的短跑决赛赛事之一。参加比赛的女运动员全力以赴地冲刺,结果第一名和第五名的完成时间相差不到十分之一秒。短跑运动要求运动员争分夺秒,并激励运动员发挥竞争优势,甚至突破自身潜能。当赢得金牌和落榜者的时间成绩差距,比在纸上写一个字母的时间还要短时,即使是像穿着性能更高的运动服这样的极小优势,也会对结果产生巨大影响。像这样的赛事,让我们知道一件衣服的面料种类能带来多大的竞争优势,以及这种小小的优势会对一个运动员的成绩产生多大的影响。

图一:田径比赛
图一:田径比赛

服装的技术特性

从技术上讲,服装可以被视为一个多孔、多相的材料系统,通常以一种独特的图案将多层薄纤维编织在一起。我们的身体充当内部热源,身体和环境之间形成温差。与其他温差相比,这种梯度之所以如此独特,是因为我们周围环境瞬息变化,它会经历巨大的温度波动。衣服为我们提供了一层或多层保护,可以减少这种温差效应,并通过维持我们的内部体温来帮助我们的身体保持温度平衡的舒适状态。毫无疑问,服装的这种保持人体温度平衡稳定的特性源于服装面料的热传导性。

加拿大冬季天气
图二:加拿大的冬季天气

热辐射率

热辐射率将影响材料热容(材料散热性能)与热扩散率(材料散热速度)结合起来,并与材料的触感直接相关。热辐射率解释了为什么金属和木材放在同样的稳定温度环境中,金属的触感比木材更冷。这是因为皮肤和金属之间发生的热传递比皮肤和木材之间发生的热传递快得多,这使得金属在触摸时比木材显得更冷。热辐射率的平方根与材料的密度、热导率和比热容成正比。这些热性能之间的关系解释了为什么具有高导热性的材料也会表现出高的热辐射率。

热辐射率在服装设计中的应用

运动服的设计经常选择具有高散热性的面料,因为它们能够将热量从穿着者身上转移到周围环境中,防止运动员过热。服装的传热率受多种因素的影响,比如服装的纤维类型、纱线类型和材料厚度等,科学家们一直在研究这些变量,并决心找到最有效的热调节面料种类。研究人员进行了大量研究,分析各种面料对热应力的反应,以及这种应力如何影响材料的热辐射率。研究表明,棉或羊毛等天然纤维比聚酯等合成纤维更能吸收水分。当我们锻炼身体并消耗大量体力时,我们就会开始出汗。当汗水暴露在空气中时,就会开始蒸发,这会让穿着者产生一种降温的感觉,有助于降低体温。大多数服装面料的纤维通常在其股线之间含有空气气穴,这自然会降低其热辐射率值,因为空气低热导率很低。当这些织物暴露在汗水中时,水分子将取代空气气穴并增加面料的热辐射率。这种热辐射率增加,会导致热传递峰值的出现,而这是因为水与空气相比,具有更高的导热性。由于这种降温效应,让我们皮肤上的热受体很快就能感受到温度的下降,同时我们的体温会降低。吸水性面料会导致增加热射流性,同时它们的舒适性和透气性的特点,也成为了运动服的最热卖点。

棉花植物
图三:棉花植物

热辐射与运动表现的关系

保持凉爽是运动员的首要任务,因为热应激会对心理和身体表现产生影响。用具有高热辐射的面料制作服装,是设计师用来提高运动员整体表现的一种方法。多项科学研究表明,棉质服装在隔热性和透气性方面优于涤纶服装,因为棉质服装吸收水分的能力更强。实验还表明,在高温环境下穿着聚酯纤维面料的人,往往比穿着棉质或羊毛面料的人体温更高,出汗更多,感到更不舒服。如这些实验所示,在选择运动服装材料时,经验法则是选择大约95%棉和5%涤纶纤维的面料最佳。其他如尼龙、羊毛和氨纶面料,热调节性能都不太好,而100%再生聚酯制成的服装,在保持运动员凉爽舒适度方面表现最差。

结论

根据科学研究,似乎有无数的变量需要考虑并融入运动服的设计中,包括制成服装面料的热辐射性。这种热特性使织物具有凉爽的触感,并可以提高运动员的舒适度和表现水平。除了热辐射性之外,服装的面料还应是透气的,以通过对流增强冷却,并有效吸收和释放由汗水产生的水分。运动员投入大量的时间和精力来实现他们的职业目标,服装师也应尽最大努力为这些运动员提供最好的服装,助力其梦想的实现。散热性影响触感,同时也与服装的整体舒适度有关,应在任何运动服设计中都予以重视。

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