臺灣博碩士論文加值系統

足球不同踢球點高度對凌空射門動作之生物力學探討
指導教授：翁梓林 博士
研究生：邱鈺烘
摘要
本研究主要目的在探討三種不同踢球點高度位置（地面踢球點位置、1/2膝關節高度踢球點位置與膝關節高度踢球點位置）對足球凌空射門與側凌空射門動作之人體下肢段運動學與動力學參數影響。受試對象以國立三重高中男子足球選手12名，平均年齡為16.92±0.64歲、身高175.08±6.42公分、體重64.42±8.16公斤。實驗儀器以兩部JVC DVL-9800攝影機(120 Hz)與ATMI測力板(2400Hz)一部同步擷取足球選手執行三種不同踢球點高度位置凌空射門動作與側凌空射門動作之人體下肢段運動學與動力學參數。運動學參數透過攝影機拍攝，影片以Kwon 3D動作分析軟體進行三度空間直接線性轉換(3D-DLT)，得到球速、踢球腳踢球前的擺動時間、人體下肢段角動量與角速度等參數。測力板訊號透過DASY Lab 6.0軟體進行量化，得到支撐腳地面反作用力量值與衝量值。在運動學與動力學參數比較方面，採用SPSS 10.0統計軟體，以重複量數單因子變異數分析比較不同踢球點高度位置的人體動力學參數是否達到顯著差異，若有顯著差異(P＜.05)，則以LSD法考驗其事後比較。本實驗顯著水準訂為α=.05。本研究結果發現：
一、 以兩種凌空射門動作，踢地面踢球點位置的球速與觸球前之足部重心速度，明顯高於1/2膝關節高度踢球點位置與膝關節高度踢球點位置的觸球前之足部重心速度，達顯著差異(P<.05)。
二、 凌空射門動作的踢球點高度增加，後擺期所耗費的時間隨之減少，小腿上擺期所耗費的時間隨之增加，達顯著差異(P<.05)。側凌空射門之各分期擺動時間則不受踢球點高度位置改變的影響。
三、 踢球點高度的提昇，在凌空射門動作與側凌空射門動作之觸球瞬間足部角動量與角速度方面，均顯示著遞增的趨勢(P<.05)。前後方向角動量與角速度均隨著踢球點高度位置提昇而有遞減的趨勢(P<.05)，以致於不利於碰撞後的球速表現。
四、 在支撐腳地面反作用力方面，除了兩者射門動作不同的助跑角度影響前後方向與左右方向的地面反作用力量值、衝量值之外，對於垂直方向的影響不大，且與球速表現無關聯。
將以上結果予以討論後所得結論：凌空射門與側凌空射門動作踢凌空球的球速表現遠比不上踢地面踢球點位置的球，所以在球場上欲求威力大的射門，宜以低位置的踢球點為佳。側凌空射門有較佳人體踢球動作的穩定性，且支撐腳地面反作用力與球速表現無關聯。

關鍵字：足球凌空射門、足球側凌空射門、足背踢球、運動學

The Biomechanical Investigates of Soccer Volley Shot Performed at Three Kinds of Ball Heights
Advisor: Tzu-Lin Wong
Graduate student: Yu-Hung Chiu
ABSTRACT
The purpose of this study was to examine soccer full-volley shots and side-volley shot performed at three kinds of ball heights. Twelve junior amateur, right leg dominant, male soccer players (height=175.08±6.42 cm; weight=64.42±8.16 kg; age=16.92±0.64 yrs) participated in this study. Two high-speed video cameras (JVC DVL-9800) were used to sample the kicking motion at 120 Hz. For calibrating the performance area, a calibration frame with 15 control points was videotaped before the trails. A digitizing system (Kwon 3D) synchronized with an ATMI force plateform(2400 Hz) were used to collect the full-volley shots and side-volley shot performed at three kinds of ball heights. By the three-dimensional cinematographic technical analysis, the kicking leg was modeled as a three-link kinetic chain composed of thigh, shank, and foot, from which liner velocity, angular velocity and angular momentum were computed. The difference between the biomechanical parameters with full-volley shots and side-volley shot performed at three kinds of ball heights were analyzed using repeat measure one-way ANOVA. The level of significance was set at 0.05.
The results as follows:
1. The ball velocity and foot velocity of full-volley shots and side-volley shots performed on lower ball height had high value than that performed on higher ball-height(p<.05).
2. At the period of back-swing, the full-volley shots performed on higher ball height which expended less time than lower ball height(p<.05), At the period of back-swing, the side-volley shots show not significance with three kinds of ball heights(p>.05). At the period of leg-cocking, the full-volley shots performed on higher ball height which expended more time than lower ball height(p<.05), At the period of leg-cocking, the side-volley shots show not significance with three kinds of ball heights(p>.05).
3. As kicking the ball-height was elevated, there was a increased trend of foot angular momentum and angular velocity before ball impact by used the full-volley soccer shots and side-volley soccer shots(p<.05). But there was a decreased trend the frontal of foot angular momentum and angular velocity before ball impact by used the soccer full-volley shots and side-volley shots(p<.05).
4. Soccer full-volley shots and side-volley shots performed at three kinds of ball heights did not influence the peak ground reaction force and liner impulse before impact(p>.05). It was also not related to the ball velocity.

The results were concluded as follows:
In the present study, the volley shots performed on higher ball height which had lower ball velocity than performed on lower ball height, and did not influence the sum of swing time. As kicking the ball heights were elevated, soccer full-volley shots and side-volley shots had less frontal foot angular momentum and angular velocity which won’t benefited the ball velocity.

Keyword: full-volley soccer shot, side-volley soccer shot, instep kick, kinematics.

目 次
中文摘要……………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………III
謝誌…………………………………………………………………………………V
目次………………………………………………………………………………VI
表次………………………………………………………………………………IX
圖次………………………………………………………………………………X

壹、緒論
一、前言…………………………………………………………………………1
二、研究背景……………………………………………………………………2
三、研究目的……………………………………………………………………5
四、研究範圍……………………………………………………………………5
五、研究限制……………………………………………………………………5
六、名詞操作性定義…………………………………………………………5

貳、文獻探討
一、足球踢球動作之運動學相關文獻…………………………………………8
二、足球踢球動作之動力學探討……………………………………………13
三、結語………………………………………………………………………17

參、研究方法與步驟
一、研究對象…………………………………………………………………18
二、實驗時間與地點…………………………………………………………19
三、實驗儀器與設備…………………………………………………………19
四、場地佈置…………………………………………………………………20
五、實驗方法與步驟…………………………………………………………22
六、資料處理…………………………………………………………………29

肆、結果與討論
一、三種不同的踢球點高度位置對凌空射門、側凌空射門動作之人體運動學參數影響……………………………………………………………………34
二、三種不同的踢球點高度位置對凌空射門、側凌空射門動作之人體動力學參數影響………………………………………………………………………………66
三、本章結語……………………………………………………………………77

伍、結論與建議
一、結論…………………………………………………………………………………………78
二、建議…………………………………………………………………………………………78

參考文獻……………………………………………………………………………………………79

附錄
附錄一、受試者同意書……………………………………………………………………84
附錄二、凌空射門動作之碰撞後球速事後比較………………………………85
附錄三、凌空射門動作之觸球前足部質心速度事後比較……………………85
附錄四、凌空射門動作之碰撞後球速與觸球前足速度比值事後比較………85
附錄五、凌空射門動作之碰撞後球速前後方向分速度事後比較……………86
附錄六、凌空射門動作之觸球前足部質心左右方向分速度事後比較…………86
附錄七、凌空射門動作之觸球前足部質心垂直方向分速度事後比較…………86
附錄八、側凌空射門動作之碰撞後球速事後比較……………………………87
附錄九、側凌空射門動作之觸球前足部質心速度事後比較……………………87
附錄十、側凌空射門動作之球速與足速度比值事後比較……………………87
附錄十一、側凌空射門動作之碰撞後球速前後方向分速度事後比較………88
附錄十二、側凌空射門動作之觸球前足部質心速度前後方向分速度事後比較……………………………………………………………………………88
附錄十三、側凌空射門動作之觸球前足部質心速度左右方向分速度事後比較……………………………………………………………………………88
附錄十四、凌空射門動作之後擺期平均時間事後比較………………………89
附錄十五、凌空射門動作之小腿上擺期平均時間事後比較…………………89
附錄十六、凌空射門動作之觸球瞬間人體重心高度事後比較………………89
附錄十七、凌空射門動作之髖關節最大角度事後比較………………………90
附錄十八、凌空射門動作之觸球前瞬間踝關節角度事後比較…………………90
附錄十九、凌空射門動作之觸球前瞬間踝關節角度事後比較…………………90
附錄二十、側凌空射門動作之膝關節最小角度事後比較………………………91
附錄二十一、側凌空射門動作之觸球前瞬間踝關節角度事後比較………………91
附錄二十二、凌空射門動作之觸球瞬間足部質心角動量事後比較………………91
附錄二十四、凌空射門動作之觸球瞬間足部質心角速度事後比較………………92
附錄二十五、側凌空射門動作之觸球瞬間足部質心角動量事後比較……………92
附錄二十六、側凌空射門動作之觸球瞬間足部質心角速度事後比較……………92
附錄二十七、凌空射門動作之前後方向最大地面反作用力事後比較……………93
附錄二十八、凌空射門動作之觸球瞬間前後方向地面反作用力事後比較………93
附錄二十九、凌空射門動作之觸球瞬間左右方向地面反作用力事後比較………93
附錄三十、凌空射門動作之垂直方向最大地面反作用力事後比較………………94
附錄三十一、側凌空射門動作之前後方向最大地面反作用力事後比較…………94
附錄三十二、側凌空射門動作之左右方向最大地面反作用力事後比較…………94
附錄三十三、側凌空射門動作之觸球瞬間左右方向地面反作用力事後比較……95
附錄三十四、側凌空射門動作之垂直方向最大地面反作用力事後比較…………95

表 次
表一、受試者基本資料表…………………………………………………………18
表二、測力板精確度誤差表………………………………………………………25
表三、凌空射門動作在足球三種不同踢球點高度位置下的碰撞後球速與碰撞前足部重心速度之三維分量……………………………………………………37
表四、側凌空射門動作在足球三種不同的踢球點高度位置下的球速與足部重心速度之三維分量……………………………………………………………40
表五、三種踢球點高度之凌空射門動作觸球瞬間足部重心角動量與角速度…59
表六、三種踢球點高度之側凌空射門動作觸球瞬間足部重心角動量與角速度64
表七、凌空射門動作之最大地面反作用力量值…………………………………67
表八、凌空射門動作之觸球瞬間地面反作用力量值…………………………67
表九、側凌空射門動作之最大地面反作用力量值………………………………72
表十、側凌空射門動作之觸球瞬間地面反作用力量值…………………………72
表十一、凌空射門動作在足球三種不同高度踢球點位置之衝量變化…………76
表十二、側凌空射門動作在足球三種不同高度踢球點位置之衝量變化………76




圖 次

圖一、凌空射門動作分期示意圖…………………………………………………6
圖二、足球之三種不同踢球點位置示意圖…………………………………………7
圖三、場地佈置圖…………………………………………………………………21
圖四、21個反光球黏貼位置圖……………………………………………………26
圖五、自製3D參考架示意圖……………………………………………………27
圖六、實驗流程圖…………………………………………………………………28
圖七、肢段角動量計算示意圖……………………………………………………30
圖八、肢段相對於人體重心的角動量計算示意圖……………………………31
圖九、凌空射門動作在足球三種不同的踢球點高度位置下之碰撞後球速與足部重心速度………………………………………………………………………35
圖十、側凌空射門動作在足球三種不同的踢球點高度位置下之碰撞後球速與足部重心速度……………………………………………………………………38
圖十一、凌空射門動作在足球三種不同高度踢球點位置下之各分期平均時間42
圖十二、側凌空射門動作在足球三種不同高度踢球點位置下之各分期平均時間………………………………………………………………………………43
圖十三、凌空射門動作在地面踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡44
圖十四、凌空射門動作在1/2膝關節高度踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡………………………………………………………………………45
圖十五、凌空射門動作在膝關節高度踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡……………………………………………………………………………45
圖十六、側凌空射門動作在地面踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡………………………………………………………………………………46
圖十七、側凌空射門動作在1/2膝關節高度踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡……………………………………………………………………47
圖十八、側凌空射門動作在膝關節高度踢球點位置下之各動作分期人體重心運動軌跡…………………………………………………………………………47
圖十九、地面踢球點位置之凌空射門動作髖關節角度變化曲線………49
圖二十、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作髖關節角度變化曲線……49
圖二十一、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作髖關節角度變化曲線……49
圖二十二、地面踢球點位置之凌空射門動作膝關節角度變化曲線……………50
圖二十三、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作膝關節角度變化曲線…50
圖二十四、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作膝關節角度變化曲線……50
圖二十五、地面踢球點位置之凌空射門動作踝關節角度變化曲線……………51
圖二十六、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作踝關節角度變化曲線…51
圖二十七、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作踝關節角度變化曲線……51
圖二十八、地面踢球點位置之側凌空射門動作髖關節角度變化曲線…………52
圖二十九、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作髖關節角度變化曲53
圖三十、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作髖關節角度變化曲線……53
圖三十一、地面踢球點位置之側凌空射門動作膝關節角度變化曲線…………53
圖三十二、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作膝關節角度變化曲54
圖三十三、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作膝關節角度變化曲線…54
圖三十四、地面踢球點位置之側凌空射門動作踝關節角度變化曲線…………54
圖三十五、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作踝關節角度變化曲55
圖三十六、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作踝關節角度變化曲線…55
圖三十七、地面踢球點位置之凌空射門動作下肢段角動量變化曲線…………57
圖三十八、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作下肢段角動量變化曲57
圖三十九、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作下肢段角動量變化曲線…58
圖四十、地面踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線…………60
圖四十一、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線………………………………………………………………………………60
圖四十二、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線61
圖四十三、地面踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角動量變化曲線………62
圖四十四、1/2膝關節踢球點高度之側凌空射門動作下肢段角動量變化曲線62
圖四十五、膝關節踢球點高度之側凌空射門動作下肢段角動量變化曲線……63
圖四十六、地面踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線………64
圖四十七、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線………………………………………………………………………………65
圖四十八、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作下肢段角速度變化曲線65
圖四十九、地面踢球點位置之凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲線67
圖五十、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲線…………………………………………………………………………68
圖五十一、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………………68
圖五十二、地面踢球點位置之凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線68
圖五十三、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線………………………………………………………………………69
圖五十四、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………………69
圖五十五、地面踢球點位置之凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲線69
圖五十六、1/2膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲線………………………………………………………………………70
圖五十七、膝關節高度踢球點位置之凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………………70
圖五十八、地面踢球點位置之側凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲72
圖五十九、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………72
圖六十、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作前後方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………………73
圖六十一、地面踢球點位置之側凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線………………………………………………………………………………73
圖六十二、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………73
圖六十三、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作左右方向地面反作用力變化曲線…………………………………………………………………………74
圖六十四、地面踢球點位置之側凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲74
圖六十五、1/2膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲線……………………………………………………………………74
圖六十六、膝關節高度踢球點位置之側凌空射門動作垂直方向地面反作用力變化曲線…………………………………………………………………………75

參考文獻

中文部分
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英文部分
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