射門在足球比賽中是最直接的得分手段。射門能否取得成功，主要取決于射門球速、射門角度、射門時機等要素。球速較快的球，往往給守門員造成較大威脅。據人體解剖結構特征，腳背正面踢球時擺幅相對較大，加之其擺速快且與球接觸面相對較大，因而踢球時力量大、球速快、準確性高。Isokawa 等[1]研究顯示，技術熟練的的足球運動員腳背正面踢球，球速可達 17~28 m/s.實際比賽中，腳背正面射門使用頻率相當高，且射門形式多樣，如定位球、正面凌空抽擊、側身凌空擺擊、反彈球、倒鉤等。
國內外有關腳背正面踢球的生物力學文獻不多，從查閱到的少數文獻中，以運動學分析者居多。劉力生[2]研究發現：腳背正面踢球時，足的速度與球速高度相關（r=0.872），擺動腿的擺動遵循關節活動的順序性原則。許樹淵[3]認為，以人體踢球動作的下肢動力鏈視之，大腿的用力與大幅擺動均能倍增下肢末端即足的重心速度，使踢球時動量增加，球速提升。黃壽軍[4]從事多年足球教學經歷，在實踐中發現：支撐腿過前，擊球點在球的后上方，會經常出現“卡殼”或踢出去球無力現象；支撐腿過后，擊球點易擊在球的后下部，踢出的球偏高，多沿橫軸回旋，出球力量??；支撐點與球的中心點在同一水平線上，則左右距離過大或過小，擊球點不穩定，出球多呈內、外旋，這些屬于教學經驗，未能獲得實驗數據佐證。Asami 等[5]發現：地面反作用力峰值與球速表現無明顯關系。Kell 等[6]研究了不同角度助跑對支撐腿膝關節生物力學的影響時發現：地面垂直反作用力不受助跑角度影響。本研究借助運動學和動力學同步測試方法對不同高度腳背正面踢球的球速及準確度進行探討，為足球運動員在比賽、訓練環境下，如何運用合理技術提供參考。
1 研究對象與方法
1.1 研究對象
選擇西南大學足球隊 12 名男生，為受試者，身高（175.22±1.36） cm、體重（65.37±2.35） kg、年齡（21.32±1.03）歲、運動等級均為國家 2 級、訓練年限均在 8年以上且從未中斷。
1.2 研究方法
1）運動學研究。
2 臺 JVC9800 攝像機，拍攝頻率為 100 幀/s.A 機、B 機及三維測力臺中心 3 點近似構成等邊三角形，邊長約為 5 m,兩機高約 0.75 m.對受試者從助跑到腳擊球的整個過程進行拍攝。采用北京體育大學研發的視訊圖像解析系統對運動圖像進行插幀處理使拍攝頻率達到 200 幀/s,后再進一步對圖像解析以獲取相關運動學參數。
2）動力學測試。
國產 JP6060 多維測力平臺用于監測受試者踢球過程中踏在測力臺的支撐腿對地面的三維力變化情況。測力臺采用埋入式安裝，其表面與地面基本保持在同一水平面上，數據采樣頻率為 800 Hz.同步裝置是由連接多維測力平臺的觸發模塊的無線同步器和發光的二極管組成。主試者觸發同步遙控器，多維測力臺啟動采集數據，二極管發光使攝像機與多維測力臺同步。
3）時相階段劃分。
（1）技術動作定義。
地面球射門：以直線助跑方式（助跑路線與球門中心線夾角<15°），正面踢放置在地面上球的射門動作。
1/2 膝關節高度射門：以直線助跑方式，正面踢尚未落地、在 1/2 膝關節左右高度球的射門動作。
膝關節高度射門：以直線助跑方式，正面踢尚未落地，在膝關節左右高度球的射門動作。
空踢動作與有球射門動作要求一致，空踢完整動作以支撐腿踏上測力平臺后，踢球腳足尖離地瞬刻為始，足尖與標志桿平行為終。
（2）角定義。
髖關節角：為髖、膝關節中心連線與軀干中點及髖關節中心點連線之間的夾角。膝關節角：為膝、踝關節中心連線與人體垂直軸之間的夾角。踝關節角：為踝關節中心與跖趾關節連線與水平軸之間夾角。腳背夾角：為腳背正面與地面間的夾角（見圖 1）?！?】
（3）球門分區。
將球門上半部分為 A 區，下半部分為 B 區用以記錄受試者射出的球落在球門內的具體位置。
（4）時相劃分。
踢球的一般過程包括助跑、支撐、擺腿、腳擊球，隨前動作。本研究主要探討支撐腿踏上測力臺瞬刻至擺動腿將球踢出瞬刻這一過程。據研究需要將這一過程分為 3 個階段。第 1 階段：從支撐腿踏上測力平臺后，踢球腳足尖離地瞬刻至最大髖關節伸展角度瞬刻止；第 2 階段：小腿向上擺動期，即踢球腳髖關節從最大伸展角瞬刻至膝關節屈角最小瞬刻；第 3 階段：
前擺期，即從膝關節處于屈角最小瞬刻至腳背正面觸球即刻止（見圖 2）?！?】
（5）垂直距離界定。
垂直距離是指由球或標志物中心投影（A）向支撐腿足部中心（B）與第 3 趾骨連接線段的延長線引垂線，足部中心（B）與垂足（C）的距離（見圖 3）?！?】
4）測試數據的可靠性分析。
將入選的受試者的腳背正面射門動作所獲 3 次有效數據進行重復性檢驗，采用相關系數及變異度進行評價，其相關系數均大于 0.74,變異系數在 5%以內，且均達到顯著水平。因此可以認為用于分析腳背正面射門的各項參數均具有較高的可信度。
1.3 實驗程序
采用自身對照方法，讓 12 名受試者先完成“有球腳背正面踢”,本研究稱之“實驗組”,然后再讓 12名受試者完成“無球空踢”,本研究稱之“對照組”.
（1）實驗組。
采用腳背正面踢球的腳法，每位受試者每種高度位置的球均踢 10 次。球的高度為分 3 類：1）放置在地面上；2）球高等于 1/2 膝關節高度；3）球與膝關節等高。
每次踢完后，記錄球是否射進球門和射進球門的區域。
為了避免受試者受到疲勞因素的影響，實驗中采用按編號循環實驗法，每人每一踢球動作完成 1 次后，接著由下一名受試者完成動作，實現一個大循環，該方式可以保證每名受試者在一次踢球與下一次踢球的時間間隔在 2~3 min.
（2）對照組。
每名受試者以腳背正面踢球的腳法完成無球空踢：空踢的假想球的高度與實驗組相同，在測力臺邊立有標志桿為假想球參照。同樣每種高度均踢 10 次。
其實驗順序與實驗組相同。
（3）實驗組與對照組的有效動作標準。
實驗組有效動作標準為：①3 步助跑后支撐腿完全踏在多維測力臺上，完成射門動作；②腳擊球高度必須是實驗次序中要求的擊球位置高度；③腳擊球部位必須是腳背正面；④踢出的球必須射入球門；⑤支撐腿在擊球后沒有滑動。
對照組有效實驗標準：①3 步助跑后支撐腿完全踏在多維測力臺上，完成射門動作；②腳空踢高度必須是實驗中次序要求的擊球位置高度；③空踢時腳擊假想球部位必須是腳背正面。
對每位受試者在不同高度所踢10次中選取3次符合實驗標準的進行數據分析，沒有達到標準踢法的刪除，最后實驗組獲得的有效樣本來自 10 名受試者、對照組獲得的有效樣本來自 11 名受試者、對照組中有 1名有效受試者，其實驗組數據不符合有效實驗標準，故舍去。實驗組、對照組每名有效實驗者的有效實驗次數不同，為保證每名受試者在實驗中所占權重一致，故從每名有效實驗者的有效數據中選取 3 次技術動作最為標準流暢的實驗進行數據分析。
1.4 統計學分析
利用 spss13.0 進行描述性分析、多因素方差分析、相關分析等，統計學顯著水平定為α=0.05.
2 實驗結果及分析
2.1 運動學測試結果
1）不同高度腳背正面射門速度特征。
表 1 顯示：
（1）不同高度射門球速均大于足的速度（即比值均大于 1）。
（2）地面球、1/2 膝關節高度、膝關節高度射門球速分別為（14.33±0.78）、（13.57±0.34）、（13.26±0.28）m/s,足速度分別為（13.28±0.53）、（12.67±0.46）、（12.27±0.46） m/s.經多因素方差分析，3 種高度射門球速、足速度均有顯著性差異，地面球球速最快、1/2 膝關節高度次之、膝關節高度再次。對照組足速度分別為（13.52±0.61）、（13.47±0.31）、（13.43±0.36） m/s,經多因素方差分析，3 種高度空踢足速度無顯著性差異。
對實驗組與對照組足速度進行 T 檢驗，實驗組與對照組在地面球速度不存在顯著性差異（P>0.05），1/2 膝關節高度、膝關節高度，P<0.05,差異具有顯著性。
（3）地面球、1/2 膝關節高度、膝關節高度射門動1度均呈線性（正）相關關系。地面球、1/2 膝關節高度、膝關節高度射門支撐腿與球垂直距離分別為（17.8±4.5）、（12.3±3.6）、（10.3±2.3） cm,經多因素方差分析檢驗，3 種高度射門支撐腿與球垂直距離差異有顯著性；空踢支撐腿與球垂直距離分別為（18.1±3.6）、（17.7±4.1）、（17.5±2.8） cm,經多因素方差分析，3 種高度空踢支撐腿與球垂直距離差異無顯著性。實驗組與對照組射門支撐腿與球垂直距離（標志物）經 T 檢驗，地面球速度差異不存在顯著性（P>0.05），1/2 膝關節高度、全膝關節高度，差異具有顯著性，（P<0.05）?！?】
2）不同高度腳背正面射門擺動腿運動學特征。
不同高度腳背射門擺動過程運動學特征參數測量結果見表 2.【5】
表 2 顯示：（1）實驗組、對照組腳背正面射門不同高度間擺動腿后擺最大髖角、觸球即刻最大髖角、大腿后擺角速度、大腿前擺角速度、大腿前擺幅度、后擺最小膝角、小腿后擺角速度、大腿前擺時間等指標 ,差異無顯著性（P>0.05）。對實驗組與對照組進行 T 檢驗，3 種不同高度腳背正面射門擺動腿后擺最大髖角、觸球即刻最大髖角、大腿后擺角速度、大腿前擺角速度、大腿前擺幅度、后擺最小膝角、小腿后擺角速度、大腿前擺時間等指標差異亦無顯著性（P>0.05）。
（2）實驗組腳背正面射門不同高度間擺動腿觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間等差異具有顯著性（P<0.05）。觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間，腳背正面踢地面球最大、1/2 膝關節高度次之、膝關節高度再次。對照組腳背正面射門不同高度間擺動腿觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間等差異無顯著性（P>0.05）。對實驗組與對照組進行T 檢驗，在地面球腳背正面射門擺動腿觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間等差異不存在顯著性，P>0.05.1/2 膝關節高度、膝關節高度，P<0.05,差異具有顯著性。
（3）支撐腿距球垂直距離距離與各高度射門觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間 4 項參數呈線性（正）相關關系。
3）球落入區域統計。
表 3 可見：
1）地面球、1/2 膝關節、膝關節高度腳背正面射門中，球速最快的 10 次射門落在 A 區的次數分別為 9、10、10 次，此現象表明球速較快的球落在球門上半區的概率明顯大于落在球門下半區的概率；球速最慢的10 次射門落在 B 區的次數分別是 10、8、9 次，此現象表明球速較慢的球落在球門下半區的概率明顯大于落在球門上半區。
2）地面球、1/2 膝關節、膝關節高度腳背正面射門中，支撐腳與球垂直距離最遠的 10 次射門落在 A 區的次數分別為 10、10、10 次，此現象表明支撐腳與球垂直距離較遠的射出的球落在球門上半區的概率明顯大于落在球門下半區；支撐腳與球垂直距離最近的 10次射門落在 B 區的次數分別是 10、9、7 次，此現象表明支撐腳與球垂直距離較近射出的球落在球門下半區的概率明顯大于落在球門上半區?！?】
2.2 動力學測試結果
不同高度腳背正面射門動力學參數測試結果見表4.表 4 顯示：
1）實驗組、對照組腳背正面射門不同高度間前后、左右方向最大地面反作用力、垂直方向觸球瞬間地面反作用力差異無顯著性（P>0.05）。實驗組與對照組間差異亦無顯著性（P>0.05）。
2）實驗組、對照組前后方向觸球瞬間地面反作用力，腳背正面踢地面球時最大、1/2 膝關節高度次之、膝關節高度再次（P<0.05）。實驗組與對照組間差異無顯著性（P>0.05）。
3）實驗組、對照組垂直方向最大地面反作用力方面，踢 1/2 膝關節高度、膝關節高度觸球瞬間地面反作用力差異無顯著性（P>0.05），踢地面球的觸球瞬間地面反作用力明顯小于踢 1/2 膝關節高度、膝關節高度觸球瞬間地面反作用力（P<0.05）。實驗組與對照組間差異無顯著性（P>0.05）。
4）實驗組、對照組任何高度位置射門的球速與支撐腳著地所受地面反作用力不存在線性相關關系。
3 討論
3.1 運動學特征
1）不同高度射門，球速均大于足的速度。球離足速度與足速度比值代表碰撞效率，比值大于 1,即是一個效果良好的踢球[7-8].本實驗踢球效果良好。
2）實驗組射門球速、足速度，地面球最快、1/2 膝關節高度次之、全膝關節高度再次。該現象顯示隨著踢球位置高度的增高，足速度和球速度出現的遞減趨勢。說明腳背正面射門擊球點高度越低球速越快。根據 Plagenhoef 等[9]對足球碰撞理論在足球運動的研究可知，足速度與球速度呈現正相關關系?？梢酝普?，本研究中隨著擊球點位置的增高，球速出現下降趨勢是因為隨著擊球點位置的增高，足速度出現下降趨勢。
3）對照組地面球、1/2 膝關節高度、膝關節高度腳背正面空踢足速度、動腿腳觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間經多因素方差分析，無顯著性差異。該現象說明 3 個高度位置，腿所能達到的擺速沒有顯著性差異，即人體解剖結構并不是造成腳背正面不同高度位置射門，隨著踢球位置高度的增高，足速度遞減趨勢的主要原因。Kells 等[10]研究亦有相似結論。
4）實驗組與對照組相應高度間射門比較發現，大腿前擺、大腿后擺、小腿后擺各運動學指標在實驗組與對照組相應高度位間、不同高度位置間均無顯著性差異，而小腿前擺運動學數據在實驗組與對照組 1/2膝關節高度、膝關節高度間、實驗組不同高度射門間差異存在顯著性。Isokawa 等[11]研究認為膝關節角擴大，小腿以膝關節為支點向前更多延展，會使球速增大。因此推論腳背正面不同高度射門間擺動腿足速度差異是由于不同高度間小腿前擺差異造成的。根據圖像分析發現，加速前擺期小腿前擺一直處于加速運動過程。Tsaousidis 等[12-13]研究證實，膝關節屈角最小瞬刻開始直至球離開腳面，足部未發生減速運動。據此推論不同高度射門間小腿前擺角速度、足速度差異主要發生在擺動腿擺動幅度差異（Δ幅度）間，即不同高度射門間小腿前擺角速度、足速度差異主要發生在擺動腿擺動時間差（Δt）里。當加速度一定，由于前擺時間踢地面球時最長、1/2 膝關節高度次之、膝關節高度再次所以不同高度射門足速度出現差異。王世椿等[14-15]
研究發現：膝伸肌和膝屈肌肌力均與踢球球速有顯著相關，膝伸肌和膝屈肌肌力在快速收縮及中等速度收縮時，有利于球速增加。因此得出結論，擺動腿小腿狀況是影響擺動腿足速度和射門球速的重要因素；小腿前擺時長、擺幅的差異是造成不同高度射門足速度差異的直接原因。
根據前文分析從人體解剖結構角度不同高度射門所能達到擺腿速度和足速度并無顯著差異。但在實際射門中卻存在差異。蔡尚明[16]提出：支撐腳位置和支撐腿膝角大小可能會對球速產生影響，但目前沒有相關研究證實。表 2 結果中支撐腿與球垂直距離跟各高度射門觸球即刻膝角、小腿前擺角速度、小腿前擺幅度、小腿前擺時間呈正相關。前擺加速度沒有差異的情況下，前擺幅度越大，前擺時長就越長，最終前擺角速度和足速度就越快。在一定范圍內，支撐腳與球垂直距離越遠，射門球速就越快。但具體范圍有待進一步研究，且可能與人體下肢長度有關系，但目前無相關研究。表 1 結果顯示 3 種不同高度射門其支撐腳與球垂直距離，具有顯著性差異。因此推論，不同高度射門間支撐腳與球垂直距離差異，導致其間射門球速的差異。
5）根據地面球、1/2 膝關節高、膝關節高度腳背正面射門中，球速、支撐腳與球垂直距離與落入球門區域關系發現，球速較快和支撐腿距球較遠的射門球主要落在球門上半部，球速較慢和支撐腳距球較近的射門球主要落在球門下半部。前文分析在一定范圍內，擺動腿前擺加速度一定的情況下，支撐腿與球垂直距離越遠，射門球速就越快。喬建平[17]認為，腳背正面射門支撐腿過于靠后，球易踢高。射門的球一定要控制在一定范圍內，不能只追求球速。而對照組不需要考慮射門精準度的因素。腳背正面踢球技術動作中，擺動腿的擺動是前后方向，直線擺動，所以髖關節和膝關節不能左右擺動變化。踝關節和腳面必須保持緊繃，在整個射門動作中踝關節角基本保持不變，依靠髖、踝關節突然的位置變化控制出球高度是難以實現的。腳背正面射門只能通過控制膝關節角和腳背與地面夾角控制球的高度。根據圖像分析觀察到，腳觸球即刻膝關節角、腳背與地面夾角越小踢出的球路就越低，反之亦然。前擺期擺動腿的擺動軌跡類似扇形，擺動腿與支撐腿平行的瞬刻（后文簡稱平行瞬刻），腳趾尖的位置為整個軌跡的最低點。在前擺期開始至平行瞬刻，擺動腿運動軌跡是向下的，通過平行瞬刻后，擺動腿的運行軌跡開始向上。踝關節角一定，擺動腿運行軌跡越向上，膝關節角、腳背與地面的夾角越大，踢出就越容易高。為了把球射在門框范圍內，就需要在觸球時把膝關節角、腳背與地面的夾角控制在一定范圍內。通過縮短前擺期時長，令腳更早觸球是控制角度的有效途徑。在擺動加速度一定的情況下，縮短擺幅可以使前擺期縮短。而擺動幅度是由支撐腳與球垂直距離決定的。所以腳背正面射門中支撐腿與球垂直距離可以決定射出的球的速度和高度。地面球、1/2膝關節高度、膝關節高度 3 種位置的球，地面球擺放高度最低，同樣球達到門內相比 1/2 膝關節高度、膝關節高度的球，踢地面球，球飛行軌跡上升高度空間最大，前擺期也可以最長。所以踢地面球擺動腿前擺最充分，擊球瞬間足速度最快。其余兩個高度位置踢球足速度差產生的原因與此相同。所以會出現隨著踢球位置高度的增加，足速度和球速度出現遞減趨勢。
綜上所訴，通過控制支撐腿與球垂直距離可以控制腳背正面射門的球速、球路、動作時間。
3.2 動力學特征
腳背正面射門動作 3 種不同高度踢球，前后方向觸球瞬間地面的反作用力，呈現出隨著踢球高度的增加力值減少的趨勢；左右方向踢地面球的觸球瞬間地面反作用力明顯大于踢 1/2 膝關節高度、膝關節高度。任何高度位置射門的球速與支撐腳著地所受地面反作用力不存在線性相關關系，可以認為在腳背正面射門時支撐腳所受地面反作用力對射出球的球速可能沒有直接影響，人體關節具有伸縮、固定、支持等功能[18-19].據此判斷，足球踢球支撐腳主要扮演一個固定支持的功能，可能是為了方便髖部的扭轉及動力鏈在擊球腿的執行。
Adrian 認為，當支撐腳接觸地面，其作用就像扎根于地面，對抗髖關節向前的運動[20].Barfield 提出，支撐效果取決于支撐腿膝關節的用力及屈伸程度。著地支撐時，人體需要保持身體的動力，以控制平穩，因此膝、踝關節要以離心收縮的方式適度彎曲。在前擺球階段，人體是以穩固支撐，為了增加踢擺的力量，支撐腳膝、踝關節作蹬伸動作，使擺動腿充分發出擊球的力量[21].
綜上所述，任何支撐腳受到的地面反作用力與踢出球的球速無關，支撐腿在踢球過程中主要負責固定支撐、維持平衡使擺動腿充分發力擊球。
參考文獻：
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