第二節 踢球的動力學與運動學研究
許多足球相關的研究經由運動學與動力學分析選手的運動表現，同時也應用於訓練
或教學中。Shan and Westerhoff (2005) 指出，一些足球技術的研究只探討人體下肢二維 的運動學，並沒有將上肢的運動學數據進行分析，其研究使用 Vicon 動作分析系統收 集三維運動學資料，將15位實驗參與者分為新手組和校隊組，進行正腳背全力踢球的運 動學分析和比對，實驗中為了能讓受試者盡最大的力量和不受約束的方式踢球，並未規 定助跑角度、步速與踢球目標區，研究結果指出，上肢肩關節的活動範圍於 flexion 和 extension 的部分在校隊組為 158°，新手組則為 54°，校隊組髖關節矢狀面活動範圍為 130°，新手組為 72°，膝關節矢狀面活動範圍校隊組為 108°，新手組為 80°，上述的數 據皆達到顯著差異，球速的部分，校隊組為 24.2 m/s，新手組為 16.9 m/s，研究結果認 為上肢、下肢關節活動角度都是影響球速的重要因素。
除了動作與姿勢會影響踢球表現，Dorge, Anderson, Sorensen, and Simonsen (2002) 以7名受試者研究慣用腳與非慣用腳足背踢球時之差異，利用 APAS 動作分析軟體，分 析球速、肢段角速度、肢段角加速度、關節直線速度與加速度，研究結果表示，慣用腳 踢球之球速較快、撞擊瞬間腿部角加速度快且力量的轉移較佳。此外，不同性別亦會影 響踢球表現，Barfield, Kirkendall, and Yu (2002) 以8位優秀的足球選手，研究不同性別足 球選手足背踢球動作之差異，研究發現，男性選手通常有較快的球速，足部有更大的角 速度與加速度。在足球比賽中，球體經常都是在移動中，因此 Barbieri, Gobbi, Santiago, and Cunha (2010) 比較踢擊移動的球和靜止的球之身體動作，以10位巴西五人制足球聯 賽球員為對象進行分析，研究指出優秀選手全力踢擊移動的球和靜止的球時，都能維持 一樣的最大足部速度，但在足部速度與球速的關聯性分析指出，踢滾動的球時，由於球 體是動態的，足部速度傳遞能力較差，因此球體速度較低。許晏彰 (2006) 對一般實驗 參與者和受過訓練的大學足球隊員進行踢高遠球動作的比較，共20人分成2組，經由6台 Vicon 攝影機的動作分析系統分析各肢段踢球動作的角度、速度及角加速度之變化，結 果表示，校隊球員下肢各肢段的最大角加速度比一般受測者大，研究指出，在執行踢球
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動作時，有訓練的校隊球員，下肢有較大的加速度，因而產生較大的力量。正腳背踢擊 球時，足部的線運動速度直接影響球體速度，足背準確踢到球體之中心時，球體會產生 較大的速度，而踢在球心側邊會使球體旋轉速度減低 (Bray and Kerwin, 2003)，踢在球 心時，足部速度與球體速度之比例 (ball-foot ratio) 較高，而球速與足部擺動速度比例減 少時，球速則會減少 (Kellis, Katis, and Gissis, 2004)，優秀選手的足部與球體速度比率 約在 1:1.5，亦即足部速度為 20 ms-1，球體的速度即為 30 ms-1，而在踢比較小的 Futsal 足球時，比率則會下降至 1.34 (Ozaki, Sunami, and Ishii, 2010)。在踢球表現的相關研究 指出，小腿向後上擺時，髖關節角速度為 171.9 ~ 286.5 deg/s，膝關節為 745 ~ 860 deg/s；
小腿下擺擊球時，髖關節角速度最大值為 745 deg/s，膝關節為 860 ~ 1720 deg/s，力矩 較大者有更高的球速，踢到球時足部屈伸角度為 12°，球速表現為 28 m/s ~ 32 m/s (Levanon and Dapena, 1998；Nunome, Asai, Ikegami, and Sakurai, 2002；Nunome, Lake, Georgakis, and Stergioulas, 2006)。球體離腳後與地面的飛行角度於 34.1° 能有較遠的飛 行距離 (邱靖華，2000)。
助跑的速度與角度以及支撐腳的站位是踢球技巧中重要的部份，Andersen and Dörge (2011) 的研究中指出，當球員的助跑方式被限制時，踢球的球速會降低，當踢球被要求 準確度時，球速下降 15 %；助跑角度被限制時，球速下降 5 ~ 12 %。助跑角度亦是影 響球速之因素，沈進益 (2003) 以四種不同助跑角度 0°、45°、90° 與習慣角度，分析 定位踢遠時運動學的差異性，以8名男性大專甲組足球球員為實驗參與者，用三步助跑 的方式進行踢遠的分析，研究結果指出，習慣的助跑角度為 34.3°，踢遠距離為 47.9 m，
球速為 27.3 m/s，在 90°和 0° 助跑的球速較低，不利於踢遠；45° 與習慣角度間的比 較，則未有參數達顯著差異，研究建議踢遠時的助跑角度範圍為 30 ~ 38°。適當的助跑 角度能幫助髖關節的轉動，而在手臂動作與髖關節動作之探討中，相關研究經由肩關節 和髖關節所構成的X角度探討身體的扭轉 (Healy et al., 2011)，並指出揮擊表現好的選手，
有較大的X角度。在助跑速度的部分，Potthast, Heinrich, Schneider, and Brueggemann (2010) 認為助跑的加速到支撐腳著地的減速是影響射門表現的重要因素，有效的加速帶 動下肢踢球擺動的動力鏈，而支撐腳著地時減速則是影響身體速度轉換至末端肢段速度
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動力鏈的因素之一。Ball (2013) 的研究亦指出，支撐腳著地時的減速愈多，能幫助踢球 腳足部速度的提昇，對球速會造成差異的參數包含：步幅、下肢擺動時間、重心速度及 下肢線運動速度，但角速度與球速則沒有顯著相關。林偉達 (1983) 分析十二碼球腳內 側踢球之運動學，支撐腳站位在整個動作過程中隨踢球速度及目標不同而有差異，踢向 右邊目標時，支撐腳足尖超過球中心點，而踢向左邊目標時，支撐腳足尖位於球中心點 之後，支撐腳踩踏位置會影響身體平衡，導致傳球失誤，而經由手臂擺動能調整身體平 衡，使用慣用腳踢擊球時，球體與支撐腳的距離較小 (Orloff et al., 2008)，另外，Brown (2002) 認為，踢球時，支撐腳在額狀面的側傾角度增加，能讓擊球腳在踢球時有更好的 延伸。除了足球外，橄欖球比賽中也包含踢球的動作，Ball (2008) 對28位橄欖球選手進 行拋踢的生物力學研究，結果發現，下肢的運動學表現與踢足球的運動學相似，但其研 究發現，選手在拋踢時會有兩種擊球策略，分別是膝關節策略組，而另一種踢球方式為 大腿策略組，兩種策略有相同的球速表現，但膝關節角速度和大腿擺動速度則有顯著差 異，一組選手在拋踢時著重於小腿的擺動而有較快的膝關節角速度，而另一組選手則有 較快的大腿速度。
除了踢球技巧的研究外，相關研究以測力版分析著地與變換方向的動力學 (Hewett et al., 2005；莊泰源，2006)，測力板不僅可以用來瞭解地面反作用力，亦可分析足底壓 力中心 (center of pressure, COP) 的軌跡瞭解身體晃動的情形，在踢球的過程中，支撐腳 的 COP 移動軌跡可以瞭解身體晃動的情形，而手臂動作是否能減少身體的晃動並增進 足部踢球時的準確性，可經由測力板和計算足部與球體速度的比例做進一步瞭解。踢球 時下肢關節的活動角度和速度固然重要，但少有參數能說明單一關節動作的穩定性，穩 定性通常是以 COP 的移動範圍量測，但對於單一關節，如髖關節，其關節為下肢動力 鏈之起點，若能瞭解其穩定性，對於踢球表現能有進一步的解釋，對於旋轉動作剛體穩 定性的描述，曾有學者以旋轉軸的方式分析，經由計算高爾夫球的揮擊動作，以旋轉軸 之角度和速度參數瞭解揮擊的特徵 (Vena, Budney, Forest, and Carey, 2011)，亦有相關研 究以肩關節和髖關節所構成的X角度探討身體的扭轉 (Healy et al., 2011)，此方式可應用 於足球踢球動作的研究。足球的研究皆以分析下肢運動表現為主，少有上肢與軀幹動作
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的文獻，相關研究認為踢球時手臂動作能幫助平衡，另外也發現優秀選手的手臂在踢球 時有較多的活動範圍。目前國內足球相關的教材與書籍中未提到踢球是否需要配合手臂 的動作，相關研究以運動學分析助跑的角度、支撐腳與軀幹的位置和踢球時的角度對踢 球的影響，以動力學瞭解身體穩定情形，而上肢對於下肢踢球的影響可經由相關的生物 力學分析進一步探討。