首先，让我们量化一下空气动力学对跑步时间的影响。在自行车运动中，人们常说在时速40公里时，运动员所面对的阻力有80%来自空气阻力，但在跑步中，这一比例要低得多。Schickhofer和Hanson*在2021年的研究中发现，在时速36公里时，运动员消耗的能量中有8.5%用于克服空气阻力。而根据结果推算，在时速43公里（男性100米冲刺的顶峰速度）时，这一比例上升到10%。
相比之下，空气动力学对跑步的影响远低于同等速度下的自行车运动，这是由于跑步运动的物理特性决定的。运动员在每一步中都需要抬高身体的重心，这消耗了跑步中大部分的能量。然而，如果我们能够减少运动员的空气阻力，仍然可以在性能提升方面有所作为。
虽然跑步的速度低于自行车运动，但在比赛中选择宽松的衣服仍然令人好奇，尤其是在比赛结果往往由微小差距决定的情况下。
那么，这些究竟值多少？
20世纪80年代的研究**显示了空气动力学对跑步时间的影响。研究人员计算出，在100米短跑中，减少2%的空气阻力可以使到达终点的时间减少0.01秒。在巴黎的男子100米比赛中结果非常接近，因此我们是否可以说减少1%的空气阻力可能会改变比赛结果？基于现有研究，我认为这是可能的。
同样的研究还表明，减少2%的空气阻力可以使马拉松的时间缩短5.7秒，其他项目的改进则介于两者之间。
将这些结果与其他研究和我之前关于马拉松的工作进行比较后，这个数字仍然准确。
如何减少阻力以改善时间？
5.1. “在所有比赛中，运动员应穿着干净、设计合理且不会妨碍运动的服装。即使在湿透的情况下，衣服的材料也不应透明。运动员不应穿戴可能影响裁判视线的服装。”
这是田径运动中唯一一条关于服装材料使用及其放置位置的规则（除了前/后佩戴带有姓名/号码的参赛号码布之外）。结合前面提到的研究结果，我认为运动员还有很大的提升空间。
就在巴黎奥运会开始前，Bert Blocken发表了一项关于女性跳远运动员发型和服装选择对空气阻力影响的研究***。从最差到最优的发型和服装选择，从宽松短裤和背心到最紧身的衣物，从散落的卷发到泳帽/光头，研究人员发现空气阻力减少了36.6%。将其应用到时间改进计算中，意味着在100米短跑中潜在可以缩短0.183秒！
虽然这并不贬低Lyle的成就，但他穿着无袖紧身衣肯定在他获得金牌中发挥了一定作用。
然而，大多数运动员穿着紧身短裤和相对紧身的跑步背心，这意味着在决赛中可以获得的时间缩减效果会小得多。通过更仔细地分析研究结果，我们发现宽松短裤和紧身短裤之间的差异为18.2%，这将我们在减少空气阻力和时间缩减方面的潜力降低到18.4%和0.092秒。该研究是基于女性模特进行的，因此没有考虑到腿部运动的影响。我们也不知道相同的空气阻力减少是否适用于男性运动员，但这些是我们目前掌握的最好的和最新的数据，所以我们暂时只能依据这些数据进行推测。
Blocken研究的一个有趣结果是，穿着合身的背心可以比宽松的背心减少4.4%的空气阻力。根据20世纪80年代的研究，这将使100米短跑时间缩短0.022秒。男子决赛的冠军领先了0.005秒获得胜利，而第二名则穿着宽松的背心。即使这些节省时间的数据不能完全从女性静态模特推导到男性跑步运动员身上，我们也可以想象这是否会对比赛结果产生影响。与自行车运动一样，在每项运动中空气动力学效果都是非常个体化的，因此如果不对Thompson进行测试，我们无法确定宽松背心是否是影响比赛结果的关键因素。
研究没有涉及不同织物的质地和位置。而这正是我认为具有巨大潜力的地方。我发现，在裸露的腿上，使用最佳的小腿保护套（用于自行车/铁人三项）可以将空气阻力减少多达10%。然后，通过使用长袖连体衣和尽可能延伸的短裤，可以实现额外10%的节省。在其他运动中，我们通过使用紧身衣和选择特定织物实现了更大的节省。跑步运动员的正面面积要大得多，所以我预计会有更多的节省空间，但我会谨慎估计，将其保持在10%。当然，跑步的姿势与自行车不同，但这些都是基于我亲眼所见的测试得出的保守估计。
目前没有关于鞋子空气动力学的研究（至少我没有找到）。尽管如此，Clark等人****的研究显示，脚部的移动速度几乎是运动员平均速度的两倍。对于100米短跑来说，这意味着脚的最高速度超过80公里/小时。理解鞋子的阻力和升力特性可能会带来显著的节省，因为阻力是速度的平方关系，而脚在跑步中的移动速度非常快。虽然我无法为此给出具体数字，因为我从未测试过，但一个好的模型可以提供一个有益的见解（有谁想写硕士论文吗？）。
当整个领域的差距仅为几分之一秒，且纪录时间停滞不前时，是否是时候让田径装备赶上其他运动的步伐了？
我认为，通过使用紧身衣物并开发利用符合跑步空气动力学要求的织物制作的新型服装和鞋子，实现30%的空气阻力减少是有可能的。在100米短跑中，这可能会节省多达0.15秒的时间。这不仅会影响比赛结果，还可能将冲刺世界纪录重新带入可望的范围。相同的方法可以应用于所有比赛，产生类似的结果。Ineos 1:59挑战赛已经显示出即使在较低速度下空气动力学仍然有微小的影响。
有些人可能会认为这个数字不切实际，但我会让他们看看自行车运动的发展。从宽松的衬衫和无头盔的时代到现在，我们见证了空气阻力的巨大减少以及骑手表现的显著提高。从空气动力学的角度来看，田径运动中还有许多“低垂的果实”未被采摘。
我不希望这篇文章给人一种我在说自行车运动比跑步更好的印象。多年来，自行车运动一直是忽视运动科学的罪魁祸首，尤其是与游泳、滑雪和速度滑冰等运动相比，落后了几十年。
我们必须记住，田径运动还没有开始认真对待空气动力学。这并非没有理由，因为与上述所有运动相比，它的影响要小得多。但随着时间的推移，游泳、自行车和速度滑冰的记录不断被打破，我认为田径运动是时候开始关注这个问题了。
参考文献
- Schickhofer 和 Hanson, 2021年 跟随效应中的空气动力学和跑步表现提升
- CR Kyle, VJ Caiozzo, 1986年 运动服装空气动力学对跑步速度的影响
- Bert Blocken 等人，2024年 女性运动员跳远飞行的数值-物理建模：跳跃风格、发型和服装的影响
- Clark 等人，2023年 跑步时脚部的水平速度
