Футбольный шлем - Football helmet
Шлем футбол является частью защитного оборудования используется в основном в футбольное поле футбола . Он состоит из твердого пластикового корпуса с толстой прокладкой внутри, лицевой маски из одного или нескольких металлических стержней с пластиковым покрытием и подбородочного ремня. Каждая позиция имеет различный тип маски для лица, чтобы сбалансировать защиту и видимость, а некоторые игроки добавляют к своим шлемам поликарбонатные козырьки, которые используются для защиты их глаз от бликов и ударов. Шлемы являются требованием на всех уровнях организованного футбола, за исключением вариантов, не связанных с захватом, таких как флаг-футбол . Несмотря на то, что они защищают, игроки могут и продолжают получать травмы головы, например, сотрясения мозга .
Футбольные шлемы кардинально изменились с модернизацией спорта, чтобы облегчить технологические изменения и повысить безопасность игры. Несмотря на более низкую частоту некоторых травм, серьезные травмы головы все еще распространены, и определение последствий этих травм является активной областью исследований. Помимо острой озабоченности по поводу черепно-мозговых травм , таких как сотрясение мозга , исследования показали, что игроки увеличивают риск долгосрочных проблем, таких как хроническая травматическая энцефалопатия (ХТЭ). Футбольные шлемы представляют собой уникальную дизайнерскую проблему, потому что, в отличие от велосипедных шлемов , которые выбрасываются после одного удара, футбольные шлемы должны выдерживать множественные удары.
История
Изобретение
Один из первых случаев использования футбольных головных уборов относится к 1896 году, когда полузащитник колледжа Лафайет Джордж «Роуз» Барклай начал использовать ремни и наушники для защиты ушей. Неизвестно, кто изобрел футбольный шлем. Многие источники приписывают создание шлема Джеймсу Нейсмиту , в то время как другие источники указывают на мичмана Военно-морской академии США Джозефа М. Ривза (впоследствии ставшего «отцом авианосца»), у которого было защитное устройство для головы, сделанное из кожа крота, чтобы позволить ему играть в игре армии и флота 1893 года . Врач ВМФ сообщил Ривзу, что еще один удар по голове приведет к «мгновенному безумию» или даже к смерти, поэтому он поручил сапожнику из Аннаполиса сделать для него кожаный шлем. Позже шлемы делали из мягкой кожи и напоминали шлемы авиаторов или современные кепки . По крайней мере, в профессиональном футболе они были необязательными. Некоторые игроки Национальной футбольной лиги , в частности член Зала славы Билл Хьюитт , всю или большую часть своей карьеры играли без шлема.
Ранние годы
Одним из нововведений начала 1900-х годов была закаленная кожа. В 1917 году впервые шлемы были подняты над головой, чтобы направить удары в сторону от макушки. В этот период ушные вкладыши также перестали работать, поскольку у них было мало вентиляции, и игроки не могли их слышать. 1920-е годы ознаменовали первое широкое использование шлемов в футболе. Эти шлемы были сделаны из кожи и имели небольшую набивку внутри, но она была недостаточной и обеспечивала слабую защиту. Кроме того, им не хватало масок для лица. В результате травмы были очень распространены. Ранние шлемы также поглощали много тепла, что делало их очень неудобными для ношения.
.JPG)
В 1939 году компания Riddell Company из Чикаго, штат Иллинойс, начала производство пластиковых шлемов, поскольку считала, что пластиковые шлемы будут безопаснее, чем кожаные. Было обнаружено, что пластик более эффективен, потому что он сохраняет свою форму при полном столкновении с люфтом. Эти шлемы также были намного более удобными и имели больше набивок, чтобы смягчить голову при ударе. В комплекте с пластиковым шлемом шла пластиковая маска для лица, которая позволяла каске защищать всю голову. К середине 1940-х в НФЛ требовались шлемы . Они по-прежнему были кожаными, но с улучшенными технологиями изготовления приобрели более привычную сферическую форму. Первоначально НФЛ допускала использование пластиковых или кожаных шлемов, но в 1948 году лига запретила использование пластиковых шлемов, считая, что использование твердого пластика представляет собой риск получения травм. НФЛ сняла запрет на использование пластиковых шлемов всего через год в 1949 году, а к 1950 году пластиковый шлем стал универсальным в этой лиге.
Внедрение современных материалов
К 1950-м годам появление полимеров положило конец эре кожаных шлемов. Последний производитель кожаных шлемов, MacGregor, прекратил производство кожаных шлемов в середине 1960-х годов. НФЛ также рекомендовала маски для лица для игроков в 1955 году, что уменьшило количество сломанных носов и зубов, но также потребовало новых правил, запрещающих игрокам соперника хватать маску для лица. По разным оценкам, Пэт Стадстилл или Гаро Епремян были последними, кто отказался от маски; среди не кикеров Томми Макдональд сделал это последним.
Последние разработки
В 2002 году производитель оборудования для американского футбола Riddell выпустил новый дизайн шлема под названием Revolution в ответ на исследование сотрясений мозга. Кроме того, недавно Ридделл представил шлемы нового дизайна - Riddell Speed Flex. Этот шлем вышел в 2014 году. В этом новом шлеме используются элементы старых шлемов Riddell, 360 и Revolution, такие как защита от бокового удара и система крепления лицевой маски All Points Quick Release.
Спрос на более безопасный шлем побудил Schutt Sports объявить о выпуске шлема следующего поколения, ION 4D, со встроенной защитой лица. Эта новая конструкция лицевого щитка оснащена амортизирующими «энергетическими клиньями», которые уменьшают силу ударов по лицевому щитку. Команды колледжей, носящие шлем, включают Air Force , Penn State и Virginia . Шутт также различал их школьные и молодежные шлемы. Универсальные шлемы Schutt сделаны из поликарбоната, который представляет собой очень прочный полимер, рассчитанный на большие удары. А вот молодежные шлемы Schutt; сделаны из ABS, более легкого материала, предназначенного для детей, которые не воспринимают сильные удары.
Недавно в игру вступил совершенно новый тип шлема. Vicis - новая компания, производящая шлемы с более мягким внешним слоем. Более мягкий слой поглощает больше энергии от ударов. Кроме того, внутри шлема есть пенообразное вещество, которое поглощает энергию и повышает комфорт.
Компоненты современного шлема
Внешняя оболочка
Внешняя оболочка шлемов заметно изменилась на протяжении всей истории НФЛ. В 1920-х годах футбольные шлемы имели внешнюю поверхность из мягкой кожи, а сегодня - из поликарбоната . Первый шлем из формованного поликарбоната появился в НФЛ в 1986 году. Сегодняшние шлемы обычно имеют поликарбонатную оболочку порядка 3,35 мм. Твердая внешняя оболочка защищает голову от локальных ударов за счет делокализации силы, так что нагрузка может восприниматься другими элементами.
Поликарбонаты - идеальные материалы для наружных оболочек, поскольку они легкие, прочные и обладают хорошей ударной вязкостью даже при экстремальных температурах. Поликарбонаты относятся к семейству термореактивных полимеров , широко используемых в производстве, из-за их механических характеристик и простоты производства.
Эстетичный дизайн наружной оболочки становится центральным к равномерному и образу команд.
Энергопоглощающие элементы
Характеристики футбольного шлема основаны на его способности уменьшать силу удара, воздействующую на голову. Шлем снижает пиковую силу, передаваемую на голову, за счет временного накопления или рассеивания энергии удара.
Первичные элементы, поглощающие энергию, - это амортизатор сжатия и амортизаторы, а второстепенные элементы - это комфортные подушки. Материалы, из которых изготовлены эти компоненты, и их размеры варьируются в пределах шлема. Конструкция учитывает комфорт игрока и конкретное положение, а также цель защиты наиболее чувствительных областей головы и областей, где чаще всего встречаются сильные удары.
Поскольку футбольные шлемы должны выдерживать многократные столкновения, материалы шлема должны возвращаться к своей первоначальной форме после каждого удара. Набивочные материалы должны быть низкой плотности, чтобы шлем был удобным и практичным без ущерба для поглощения энергии. Большинство футбольных шлемов изготавливаются из пенополиуретана или нитрила, потому что они сохраняют пик силы под нагрузкой, рекомендованной для здоровья головы (1,5 МПа), без деформации, при этом они относительно легкие и просты в изготовлении.
Чтобы понять, почему эти пенополиуретаны или нитрилы идеально подходят для футбольных шлемов, полезно изучить свойства этих материалов. Все они в широком смысле могут быть отнесены к вязкоупругим пенам. Когда к этим типам материалов прикладывается напряжение, возникают три основных области деформации: линейная упругость, плато и уплотнение. В линейно-упругой области материал обратимо деформируется пропорционально его модулю упругости или жесткости. В области плато пена начинает схлопываться, и это тоже вид восстанавливаемой деформации. Когда материал достигает области уплотнения, он начинает постоянно изменять свою внутреннюю структуру и не может вернуться к своей первоначальной форме. Поскольку футбольные шлемы используются неоднократно, их необходимо было спроектировать так, чтобы напряжение оставалось в упругой области или в области плато. Площадь под кривой на кривой напряжения-деформации (показанная на рисунке справа) представляет собой поглощенную энергию. Пену следует тщательно процедить, чтобы она поглощала энергию без постоянного уплотнения.
В вязкоупругих материалах эластичная область меняет свою форму в зависимости от скорости деформации, то есть скорости, с которой материал деформируется, или, что более практично, скорости удара. Как правило, чем быстрее материал деформируется, тем он жестче и меньше деформируется. Степень защиты, обеспечиваемая шлемом, зависит от скорости удара, а производительность при самых быстрых и медленных ударах оставляет желать лучшего. Воздушные карманы, поглощая часть энергии сами, также помогают шлемам лучше работать при ударах с очень высокой и низкой скоростью. Воздушные камеры имеют вентиляционные системы, поэтому объем и геометрия воздушных камер являются динамическими, что помогает ослабить вязкоупругий эффект.
Начало воздушным карманам положил Вин Феррара, бывший квотербек Гарварда. Однажды ночью Феррара искал аспирин, когда увидел в своей аптечке бутылочку со шприцем. Когда он накачал ее, а затем ударил кулаком, он понял, что бутылка выдерживает удары разных сил. Феррара пришла в голову идея заключить футбольные шлемы в надувные карманы, чтобы смягчить удары футболиста и уменьшить сотрясения мозга.
Пена в футбольных шлемах со временем разрушается, и этот процесс часто игнорируется при моделировании безопасности. Шлемы используются повторно в течение многих лет, особенно в молодежных командах, что подвергает игроков риску, поскольку они менее защищены, чем ожидалось.
Козырьки
Более поздним дополнением к футбольному шлему является козырек или щиток для глаз, который прикрепляется к лицевой маске для защиты игроков от бликов или травм глаз, таких как уколы. Считается, что первым игроком, который использовал защитный козырек, был Марк Маллэйни из Миннесотских Викингов НФЛ в 1984 году, чтобы защитить заживающую травму глаза. Ведущими производителями козырьков являются Nike , Oakley , Under Armour и SHOC, при этом Leader первым представил козырек / щит для бывшего квотербека Chicago Bears Джима Макмэхона (которому козырек понадобился из-за травмы глаза в детстве). Хотя козырьки Маллани и МакМахона были тонированы, большинство ранних козырьков были прозрачными или дымчатыми, но теперь они предлагаются в различных стилях, начиная от синего, золотого, черного, радужного, серебряного или янтарного. В лигах старшей школы и пи-пи запрещены все, кроме прозрачных козырьков. Это правило было введено для того, чтобы тренировочный персонал и тренеры могли легко видеть лицо и глаза игрока в случае серьезной травмы, чтобы определить, находится ли игрок в сознании. NCAA запретила использование тонированных козырьков по той же причине, и НФЛ последовала их примеру. Тем не менее, игроки с проблемами зрения могут по-прежнему получить специальное разрешение на ношение тонированных козырьков, например, ЛаДэйниан Томлинсон и Крис Канти. XFL позволяет игрокам носить тонированные и украшенные козырьки.
Датчики
Регистраторы данных ударов шлема и детекторы ударов отслеживают получаемые игроком удары, такие как сила и направление удара. Если сила, зарегистрированная датчиками, превышает 100 Gs, это сигнализирует о возможном сотрясении мозга. Некоторые игроки будут испытывать до 2000 таких потенциальных сотрясений мозга каждый сезон. Затем эти данные анализируются врачами.
Недавно некоторые компании выпустили шлемы с датчиками, которые отправляют оповещения, когда игрок мог столкнуться с серьезным ударом. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность обнаруживать сотрясения мозга, как только они случаются, чтобы игрокам была оказана немедленная медицинская помощь.
Споры вокруг использования датчиков в НФЛ. Хотя почти все согласны с тем, что намерения похвальны, есть опасения по поводу качества данных и конфиденциальности личных медицинских карт. В течение сезона 2013 года две неназванные команды НФЛ тестировали акселерометры , но их использование было приостановлено после испытания. Лига надеется повторно ввести датчики, как только будут решены вопросы конфиденциальности и качества данных.
Тем не менее, датчики уже используются для повышения безопасности игры. Используя данные, которые он собрал во время пилотного исследования, Кевин Гускевич показал, что отдача от начального удара - самая опасная часть игры. Его результаты были достаточно убедительными, чтобы убедить НФЛ сдвинуть начальную линию на пять ярдов вперед к линии 35 ярдов с намерением увеличить количество тачбэков , что сделает игру более безопасной.
Гарнитуры
Два изобретателя из Огайо, Джон Кэмпбелл и Джордж Сарлз, изобрели гарнитуру для тренера Кливленда Брауна Пола Брауна, чтобы он мог играть по радио с квотербеком Джорджем Раттерманом. Он был запрещен вскоре после его первого использования в 1956 году (после того, как Брауны сыграли три предсезонных игры с радио). НФЛ одобрила использование наушников для всех команд НФЛ в 1994 году.
Правила НФЛ гласят, что все шлемы, оснащенные наушниками, должны иметь видимую зеленую точку на спине. Несколько раз в 2006 году игроку, выполнявшему попытку броска с игры, предлагали подтянуться и бросить или бежать в последнюю секунду из-за изменения, которое тренеры видели на поле. По мнению НФЛ, это давало командам «несправедливое преимущество». Новые правила позволяют каждой команде знать, кто носит наушники и слышит, как назначается игра.
Маски для лица
.jpg)
Одноразовая маска для лица когда-то была обычным явлением, но теперь ее заменили в профессиональном и любительском спорте. Например, это было незаконно в Национальной футбольной лиге с 2004 года , но дедушка разрешил игрокам, которые носили маску до 2004 года, продолжать делать это до конца своей карьеры. Ни один из действующих профессиональных игроков в настоящее время не носит такую маску для лица; Последним игроком, сделавшим это, был Скотт Плейер , который в последний раз играл профессионально в 2009 году.
Обычно к середине 80-х только плейкисты и игроки профессионального футбола в Канаде и Соединенных Штатах носили маску с одной планкой, за исключением квотербека Джо Тайсманна .
У однотруса было два разных варианта. Стандартная одинарная планка была сделана из нейлона или другого твердого пластика и крепилась болтами к обеим сторонам шлема прямо перед ушными раковинами. Существовала «курносая» версия, которая не выступала так далеко перед шлемом, как стандартная.
Маски для футбольных шлемов сегодня являются многополюсными, имеющими как минимум две планки. Многослойные лицевые маски обычно изготавливаются из металла, такого как титан, нержавеющая сталь или, как правило, углеродистая сталь. Каждая лицевая маска покрыта порошковым покрытием Polyarmor G17, устойчивым к ударам и коррозии. Полиармор - это термопластическое покрытие, используемое на многих поверхностях. В то время как одни организации закупают новые маски каждый сезон, другие ремонтируют свое оборудование.
Нормативные документы
Сертификация NOCSAE
Действующие правила для футбола НФЛ, NCAA и средней школы требуют, чтобы все шлемы были сертифицированы Национальным операционным комитетом по стандартам спортивного оборудования . Доверие к сертификации NOCSAE подвергалось критике по множеству причин, в том числе контроль этой организации со стороны производителей оборудования вызывает конфликт интересов, данные испытаний, которые сосредоточены на переломах черепа, а не сотрясения мозга, и неспособность принять во внимание новые исследования.
Наиболее распространенным испытанием NOCSAE является испытание на падение (разработано в 1973 г.). В этом тесте используется 13-фунтовая голова манекена, заполненная датчиками и желатиновым материалом. Голова и шлем падают с высоты 60 в одно из шести мест на шлеме, указанных в NOCSAE. Эти места включают переднюю, заднюю, левую, правую, правую и левую выступы. Датчики в голове манекена измеряют силу, которую испытывает голова. NOCSAE имеет определенные правила, например, индекс пиковой серьезности не может превышать 1200 SI. Если шлем не соответствует этим требованиям, он не проходит испытание на падение NOCSAE.
Текущее исследование
Исследование безопасности
В последние годы было проведено значительное исследование травм головы в футболе, а также конструкции футбольных шлемов. Кевин Гускевич , профессор Университета Северной Каролины и научный сотрудник программы MacArthur , на протяжении многих лет исследовал сотрясения мозга у футболистов всех возрастных групп. Он оснащал футбольные шлемы UNC акселерометрами для измерения ударов и сотрясений. Кроме того, НФЛ выделила более 1,6 миллиона долларов на спортивные медицинские исследования, из которых почти 1 миллион долларов был направлен на профилактику сотрясения мозга. Все эти исследования по предотвращению сотрясения мозга побудили производителей футбольных шлемов разрабатывать более безопасные продукты. Совместными усилиями Virginia Tech и Wake Forest тестируются нынешние футбольные шлемы и присваиваются ежегодные рейтинги с 2011 года. По шкале из 5 звезд только один шлем получил 5 в 2011 году. В 2012 году были награждены два дополнительных дизайна шлема. 5 звезд.
Некоторые исследователи обнаружили противоречивый результат, заключающийся в том, что ношение шлемов на самом деле увеличивает вероятность травм, и поэтому они рекомендуют игрокам время от времени тренироваться без шлемов. Когда впервые появились жесткие снаряды, количество травм головы на самом деле увеличилось, потому что у игроков возникло ложное чувство безопасности, и они стали выполнять более опасные отборы. Университет Нью-Гэмпшира участвует в исследовании, в котором некоторые игроки тренировались дважды в неделю без шлемов. К концу сезона те, кто тренировался дважды в неделю без шлема, ударяли головой на 30% меньше. Это исследование предполагает, что модернизация лучших игровых практик может принести больше преимуществ, чем улучшение материалов внутри шлема.
Дизайн материалов
Виджай Гупта, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, провел исследование и произвел специальный полимер, который, если его добавить в качестве слоя на внутреннюю часть футбольных шлемов, может снизить перегрузку игрока на 25%. Такое уменьшение сил привело бы к аналогичному снижению вероятности сотрясения мозга у игрока от тех же ударов.
Также продолжаются усилия по улучшению выбора энергопоглощающих материалов для футбольных шлемов. Некоторые исследователи используют вычислительные методы для сортировки библиотек известных материалов. Другие разрабатывают совершенно новые пенопласты или наслаивают существующие пенопласты, чтобы создать композит, который лучше поглощает энергию.
Пена имеет тенденцию быть более жесткой при более низких температурах. В настоящее время исследователи ищут способы минимизировать влияние температуры на жесткость пены, чтобы обеспечить игрокам максимальную защиту в любую погоду.
В частности, одна компания, которая добилась больших успехов, - Windpact, у которой есть новый тип пены, которую они называют «пеной в подушке безопасности» или «Crash Cloud», которая сжимается при поглощении энергии и быстро рассеивает энергию через ударные вентиляционные отверстия. повторно надувается. Существующие пены ограничены определенными факторами, которые влияют на полезность пены, которая представляет собой ограниченное пространство внутри шлема. Шлемы не могут быть слишком большими или слишком стесняющими для игрока, поэтому необходимо найти баланс между производительностью и безопасностью. Еще одно ограничение заключается в том, что не каждое попадание равно другому. Пена внутри сегодняшних шлемов работает лучше всего при прямом ударе и не лучшая при ударах под разными углами или «вращательных ударах».
Юниты Crash Cloud могут либо заменить набивку в шлемах, которые уже есть, либо выровнять внутреннюю часть шлема рядом с уже имеющейся набивкой. Пены Crash Cloud могут регулировать скорость воздушного потока в соответствии с потребностями конкретного приложения. Это может быть полезно в сочетании с данными, которые собираются о типах попаданий, которые испытывают определенные должности в футболе. В разные позиции попадают по-разному и в разных областях, поэтому сейчас исследования продвигаются в направлении корректировки шлема для соответствия этой позиции.
Во время тестирования Windpact взяла одного из ведущих производителей шлемов для футбольных шлемов, Riddell, и взяла один из своих шлемов, чтобы внедрить в него технологию Crash Cloud. До добавления Crash Cloud обычный шлем Ридделла занимал 18-е место по защите по сравнению с другими шлемами. С Crash Cloud он поднялся на 3 место в общем рейтинге. Это без изменения дизайна шлема, просто добавление того, что уже существует.
Моделирование удара
Недавние исследования были направлены на оценку тестов, специально используемых для создания самого безопасного футбольного оборудования. В 2015 году Дэвид Камарилло из Стэнфорда провел исследование, которое показало, что тесты футбольных шлемов не учитывали задержку между движением мозга, вызывающим травмы, и воздействием стресса.
Нейробиологи из Университета штата Огайо запускали бейсбольные мячи из пневматических пушек по футбольным шлемам, чтобы имитировать удар ногой или удар по голове, например, захват. Было обнаружено, что шлемы выдерживают 2500 Ньютонов или около 562 фунтов силы.
Конструктивные параметры футбольных шлемов традиционно основывались на моделях линейного ускорения. Этот способ воздействия более прост для изучения и соответствует проектным параметрам, таким как перелом черепа трупа. Текущие исследования сосредоточены на понимании силы вращения на футбольных шлемах и на том, как проектировать более реалистичные, нецентросимметричные силы.
Отображение логотипа
Национальная футбольная лига
В 1948 году « Лос-Анджелес Рэмс» были первой командой НФЛ, которая разместила логотипы на своих шлемах; основной логотип "бараньего рога" на шлеме с тех пор практически не изменился, за исключением цвета. В течение сезона НФЛ 2019 года Кливленд Браунс - единственные оставшиеся команды НФЛ, не использующие какие-либо формы основного логотипа на своих шлемах. В Питтсбург Стилерс являются только НФЛ команда , которая ставит свой логотип только на одной стороне шлема (правая сторона). Сначала это была временная мера, потому что Стилерс не был уверен, что им понравится внешний вид логотипа на полностью золотом шлеме. Они хотели испытать их, прежде чем выкладываться на полную. Из-за интереса, вызванного размещением логотипа только на одной стороне их шлемов, а также из-за нового успеха команды, Стилерс решили оставить шлем таким навсегда. Cincinnati Bengals , после того, как с помощью «Бенгалс» Товарный знак для шлема логотип в течение сезона 1980 года, использовали рисунок тигра полосы вместо логотипа с 1981 года.
Смотрите также
использованная литература
Примечания
Источники
- Альберготти, Рид и Ван, Ширли С. "Не пора ли отказаться от футбольного шлема?" The Wall Street Journal (11 ноября 2009 г.)
- Бхаттачарджи, Алекс. "История шлема" Спортивные иллюстрированные для детей (октябрь 1996 г.)
- Коупленд, Майкл В. "Crash Pad" Fortune International (8 февраля 2010 г.) стр. 8
- Шварц, Алан. "Сотрясение мозга - новый дизайн футбольного шлема" The New York Times (27 октября 2007 г.)
- Такер, Эндрю М. «Футболисты травмы головы» Свидетельство судьи Палаты представителей FDCH перед Конгрессом (28 октября 2009 г.)
- Зарда, Бретт. Популярная наука "Бодающиеся головы" (сентябрь 2007 г.)