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摘要：运用生物力学手段对5名高水平足球运动员摆动腿进行研究发现：根据摆动腿环节摆动顺序与环节摆动速度相结合的方法可将其划分为用力蹬伸、主动后摆、大腿前摆、小腿前摆，脚触球5个阶段。其中，用力蹬伸阶段是不可忽视的重要阶段之一，主动后摆阶段摆动腿应在不影响前摆速度的前提下尽力后摆；大腿前摆阶段摆动腿应在大腿摆到一定幅度时进行积极制动。摆动幅度不宜过大；小腿前摆阶段摆动腿除了膝关节的积极制动外还应主动施力。
关键词：运动学；踢球腿摆动阶段；时相划分特征；足球
中图分类号：G843 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2010)08-0102-05
踢球是足球运动中最主要的技术，它在比赛中是以传球和射门为主要形式体现的，足球踢球技术中踢球腿的摆动不同于其它运动项目中相类似的踢腿摆动，这不仅是因为踢球腿的摆动是由后摆、前摆等一系列动作细节组成的复杂过程，而且由于踢球腿的摆动过程中自身的髋、膝、踝3个主要关节的作用不同于一般的摆动，还要起到一定的技术作用。它们不但有绕各自轴的转动，还有随运动员的身体整体向前平移的运动。不同的运动形式，运动的速度表现不同，而分析研究其运动速度则需要从运动形式出发，进行全面的分析。因此，对于运动员踢球腿摆动阶段的划分具有重要的意义。查阅当前资料，对于摆动腿的划分仅停留在将其划分为后摆、前摆两个阶段，尚未见到有人对此进行更为专门精细划分的报告。因而，本文试图通过踢球腿摆动阶段的环节顺序特征和速度特征作为划分时相的依据将摆动阶段的划分更加细致化，以便更深刻理解摆动腿摆动阶段的运动学特征。
1 研究对象与方法
1)研究对象。
5名男子足球运动员，均为右脚选手，均接受过长时间系统的专业训练，国家2级运动员水平以上，身高(1.76±0.06)m，体重(75.00±6.32)kg，腿长(92.00±3.92)cm。
2)研究方法。
(1)研究内容：实验在天气晴、无风、气温28℃左右，运动员在无伤病条件下进行。运动员进行充分热身后用正脚背踢球方法进行踢准。每个运动员最少踢2次，保证最少有2次踢入圆圈内，获得每个运动员的2次有效数据，选择其中1次较为理想的数据(由实验人员与参与运动员共同判定)。足球为国际足联规定的5号正式比赛用球，球重438 g，球内气压约为750hPa。
(2)三维运动学分析法：采用两台索尼HCIE型号的摄像机，拍摄速度为50帧/s，两机高度为1.2m，A机位于运动员正右侧方，B机位于运动员正前方偏右20°，两机主光轴约成70°。踢球前固定坐标框架并进行了拍摄，踢球时移开框架再对运动员完成的动作进行定点同步拍摄(如图1)。对拍摄的运动录像，通过德国的SIMIo motion7.3三维录像解析系统进行三维解析，采用汉纳范(Hananvan)人体数学模型：19个关节点(另外，足球作为一个附加点，共计20个)，解析一套运动录像可获得13 680多个数据，用数字滤波法进行平滑处理，截断频率为8 Hz，使用DLT法计算得到解析点的三维空间坐标，三维直角坐标系的选择如图2。
(3)三维标定误差：应用SIMI Motion三维录像分析系统提供的三维标定精度验证功能，可对计算得到的控制点的坐标与实际坐标的一致性进行检验，控制点通过计算得到的坐标相对于实际坐标平均相对误差和标准差分别为：A机0.13和0.08，B机0.15和0.06。三维标定的精度可以满足分析的需要。
(4)数理统计法：通过对所测得数据进行分析与筛选，所获得运动学参数用spss11.5统计软件进行处理，结果用“均数±标准差”表示。P<0.05为差异具有显著性，P<0.01为差异具有非常显著性。
2 结果与分析
2.1 踢球腿摆动阶段的时相划分
时相划分是研究技术动作的重要环节。由于研究对象不同、目的及侧重点不同，动作时相的划分依据也不尽相同，通常确定依据的客观标准是既要能表达动作结构的实际又便于实际测量。前人研究表明，摆动腿的摆动可通过环节摆动顺序、环节或关节摆动速度…作为摆动腿动作时相的划分依据。但过于简单的划分并不利于对该动作进行详细的运动学技术分析。因而，本研究采用环节摆动阶段与环节摆动速度相结合的方法来确定动作时相的划分。
摆腿是指踢球腿击球前的摆动过程。由此看来，摆动腿的摆动应该是从踢球腿全脚掌着地蹬伸开始，至摆动腿接触球的瞬间结束。为了确定动作结构和时相划分的方便，本研究确定了踢球腿摆动阶段的特征画面，即不同动作阶段的临界点。以踢球腿摆动阶段与摆动速度为依据可确定为：“踢球腿开始蹬伸”、“踢球腿蹬离地面”、“支撑腿着地”(踢球腿髋关节急剧加速时刻)、“踢球腿膝关节最大速度时刻”及“脚触球时刻”5幅特征画面。在后期的实验研究中表明对摆动腿摆动阶段的时相划分更容易对摆动腿摆动过程中的生物力学特征进行揭示。
研究结果表明：依据摆动腿摆动阶段的顺序和速度可将其划分为5个阶段：用力蹬伸阶段(1)、主动后摆阶段(2)、大腿前摆阶段(3)、小腿前摆阶段(4)及脚触球阶段(5)(如图3)。
用力蹬伸阶段是指从“踢球腿着地时刻”开始到“踢球腿蹬离地面”为止。由于踢球腿主动用力蹬伸且未蹬离地面，踢球者大腿不会随髋关节向前平行移动，只能以踢球脚为支撑，髋关节为轴相对向后转动，同时，大腿相对于髋关节的伸展度也在不断增加。此阶段，踢球腿的摆动主要是以蹬地伸髋的方式进行的。
主动后摆阶段是指从“踢球腿蹬离地面”到“支撑腿着地”。由于踢球腿的离地，踢球腿开始了真正的摆动。此阶段，由于踢球腿大腿已经极度后摆，又要屈小腿，这样造成了诸如股直肌、缝匠肌等一些双关节肌的“被动不足”，对于小腿，造成了诸如半腱肌、半膜肌等一些股后肌群的“主动不足”。因而，为了克服大腿前肌群的“被动不足”和后肌群的“主动不足”，增大踢球腿后摆的幅度，踢球者必须主动用力。
大腿前摆阶段是指从“支撑腿着地”到“踢球腿膝关节最大速度时刻”。此时，踢球腿后摆阶段结束，进入前摆阶段。髋关节先于膝踝关节加速，然后膝关节加速运动，符合关节活动顺序性原理。大腿角(x轴负向与髋一膝连线的夹角)逐渐变小，由于膝关节向前摆动，股后肌群的“主动不足”和大腿前肌群的“被动不足”现象逐渐消除，小腿屈曲运动速度明显增加，增大了踢球腿的后摆幅度，为踢球腿的加速前摆提供了有利的条件。
小腿前摆阶段是指从“踢球腿膝关节最大速度时刻”到“脚触球时刻”。膝关节速度达到峰值后开始急剧下降，而踝关节速度急剧增大，动量逐渐从大腿传递到小腿。分析得知，脚触球瞬间并不是踝关节合速度最大时刻，而是在其之后踝关节水平速度最大时刻。
关键词：运动学；踢球腿摆动阶段；时相划分特征；足球
中图分类号：G843 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2010)08-0102-05
踢球是足球运动中最主要的技术，它在比赛中是以传球和射门为主要形式体现的，足球踢球技术中踢球腿的摆动不同于其它运动项目中相类似的踢腿摆动，这不仅是因为踢球腿的摆动是由后摆、前摆等一系列动作细节组成的复杂过程，而且由于踢球腿的摆动过程中自身的髋、膝、踝3个主要关节的作用不同于一般的摆动，还要起到一定的技术作用。它们不但有绕各自轴的转动，还有随运动员的身体整体向前平移的运动。不同的运动形式，运动的速度表现不同，而分析研究其运动速度则需要从运动形式出发，进行全面的分析。因此，对于运动员踢球腿摆动阶段的划分具有重要的意义。查阅当前资料，对于摆动腿的划分仅停留在将其划分为后摆、前摆两个阶段，尚未见到有人对此进行更为专门精细划分的报告。因而，本文试图通过踢球腿摆动阶段的环节顺序特征和速度特征作为划分时相的依据将摆动阶段的划分更加细致化，以便更深刻理解摆动腿摆动阶段的运动学特征。
1 研究对象与方法
1)研究对象。
5名男子足球运动员，均为右脚选手，均接受过长时间系统的专业训练，国家2级运动员水平以上，身高(1.76±0.06)m，体重(75.00±6.32)kg，腿长(92.00±3.92)cm。
2)研究方法。
(1)研究内容：实验在天气晴、无风、气温28℃左右，运动员在无伤病条件下进行。运动员进行充分热身后用正脚背踢球方法进行踢准。每个运动员最少踢2次，保证最少有2次踢入圆圈内，获得每个运动员的2次有效数据，选择其中1次较为理想的数据(由实验人员与参与运动员共同判定)。足球为国际足联规定的5号正式比赛用球，球重438 g，球内气压约为750hPa。
(2)三维运动学分析法：采用两台索尼HCIE型号的摄像机，拍摄速度为50帧/s，两机高度为1.2m，A机位于运动员正右侧方，B机位于运动员正前方偏右20°，两机主光轴约成70°。踢球前固定坐标框架并进行了拍摄，踢球时移开框架再对运动员完成的动作进行定点同步拍摄(如图1)。对拍摄的运动录像，通过德国的SIMIo motion7.3三维录像解析系统进行三维解析，采用汉纳范(Hananvan)人体数学模型：19个关节点(另外，足球作为一个附加点，共计20个)，解析一套运动录像可获得13 680多个数据，用数字滤波法进行平滑处理，截断频率为8 Hz，使用DLT法计算得到解析点的三维空间坐标，三维直角坐标系的选择如图2。
(3)三维标定误差：应用SIMI Motion三维录像分析系统提供的三维标定精度验证功能，可对计算得到的控制点的坐标与实际坐标的一致性进行检验，控制点通过计算得到的坐标相对于实际坐标平均相对误差和标准差分别为：A机0.13和0.08，B机0.15和0.06。三维标定的精度可以满足分析的需要。
(4)数理统计法：通过对所测得数据进行分析与筛选，所获得运动学参数用spss11.5统计软件进行处理，结果用“均数±标准差”表示。P<0.05为差异具有显著性，P<0.01为差异具有非常显著性。
2 结果与分析
2.1 踢球腿摆动阶段的时相划分
时相划分是研究技术动作的重要环节。由于研究对象不同、目的及侧重点不同，动作时相的划分依据也不尽相同，通常确定依据的客观标准是既要能表达动作结构的实际又便于实际测量。前人研究表明，摆动腿的摆动可通过环节摆动顺序、环节或关节摆动速度…作为摆动腿动作时相的划分依据。但过于简单的划分并不利于对该动作进行详细的运动学技术分析。因而，本研究采用环节摆动阶段与环节摆动速度相结合的方法来确定动作时相的划分。
摆腿是指踢球腿击球前的摆动过程。由此看来，摆动腿的摆动应该是从踢球腿全脚掌着地蹬伸开始，至摆动腿接触球的瞬间结束。为了确定动作结构和时相划分的方便，本研究确定了踢球腿摆动阶段的特征画面，即不同动作阶段的临界点。以踢球腿摆动阶段与摆动速度为依据可确定为：“踢球腿开始蹬伸”、“踢球腿蹬离地面”、“支撑腿着地”(踢球腿髋关节急剧加速时刻)、“踢球腿膝关节最大速度时刻”及“脚触球时刻”5幅特征画面。在后期的实验研究中表明对摆动腿摆动阶段的时相划分更容易对摆动腿摆动过程中的生物力学特征进行揭示。
研究结果表明：依据摆动腿摆动阶段的顺序和速度可将其划分为5个阶段：用力蹬伸阶段(1)、主动后摆阶段(2)、大腿前摆阶段(3)、小腿前摆阶段(4)及脚触球阶段(5)(如图3)。
用力蹬伸阶段是指从“踢球腿着地时刻”开始到“踢球腿蹬离地面”为止。由于踢球腿主动用力蹬伸且未蹬离地面，踢球者大腿不会随髋关节向前平行移动，只能以踢球脚为支撑，髋关节为轴相对向后转动，同时，大腿相对于髋关节的伸展度也在不断增加。此阶段，踢球腿的摆动主要是以蹬地伸髋的方式进行的。
主动后摆阶段是指从“踢球腿蹬离地面”到“支撑腿着地”。由于踢球腿的离地，踢球腿开始了真正的摆动。此阶段，由于踢球腿大腿已经极度后摆，又要屈小腿，这样造成了诸如股直肌、缝匠肌等一些双关节肌的“被动不足”，对于小腿，造成了诸如半腱肌、半膜肌等一些股后肌群的“主动不足”。因而，为了克服大腿前肌群的“被动不足”和后肌群的“主动不足”，增大踢球腿后摆的幅度，踢球者必须主动用力。
大腿前摆阶段是指从“支撑腿着地”到“踢球腿膝关节最大速度时刻”。此时，踢球腿后摆阶段结束，进入前摆阶段。髋关节先于膝踝关节加速，然后膝关节加速运动，符合关节活动顺序性原理。大腿角(x轴负向与髋一膝连线的夹角)逐渐变小，由于膝关节向前摆动，股后肌群的“主动不足”和大腿前肌群的“被动不足”现象逐渐消除，小腿屈曲运动速度明显增加，增大了踢球腿的后摆幅度，为踢球腿的加速前摆提供了有利的条件。
小腿前摆阶段是指从“踢球腿膝关节最大速度时刻”到“脚触球时刻”。膝关节速度达到峰值后开始急剧下降，而踝关节速度急剧增大，动量逐渐从大腿传递到小腿。分析得知，脚触球瞬间并不是踝关节合速度最大时刻，而是在其之后踝关节水平速度最大时刻。
