LA BIOMÉCANIQUE INTRODUCTION (1) Définition 1 • Application de la mécanique à des systèmes biologiques de l’homme, des animaux et même des végétaux. Définition 2 • Application de la physique à l’étude des forces générées ou subies par l’organisme sur son mouvement ou ses déformations. LA BIOMÉCANIQUE INTRODUCTION (2) • Le sport est un champ privilégié d’application de la biomécanique: o Pour mieux comprendre le geste pour améliorer une performance o Améliorer le matériel sportif LA BIOMÉCANIQUE INTRODUCTION (3) Démarche de la biomécanique : • Observer • Classifier • Mesurer • Analyser : en ayant recours à des schémas on cherche à savoir comment s’organise les segments corporels soumis à leur poids , aux forces de réactions articulaires, aux moments musculaires et aux accélérations de translations et de rotations désirées. LA BIOMÉCANIQUE INTRODUCTION (4) • Définitions : • Statique : Etude d’un corps en équilibre et au repos. • Mots clefs : centre de masse, forces, poids, moment de force, leviers • Cinématique : étude purement descriptive du mouvement d’un point matériel ou d’un solide • Mots clefs : position, vitesse, accélération (en translation et en rotation) • Cinétique: étude des mouvements des corps en tenant compte de son inertie • Mots clefs : centre d’inertie, quantité de mouvement moment d’inertie moment cinétique • Dynamique : Comportement des systèmes mécaniques soumis aux forces internes et externes. • Mots clefs : Forces , Moment de force, principe fondamental de la dynamique : F= ma PLANS ET AXES DE ROTATION (1) Permet d’associer les mouvement des différents segments par rapport à des axes et des plans fixes sur le sujet (repères égocentrés) PLANS ET AXES DE ROTATION (2) SEGMENTS CORPORELS ET ARTICULATIONS LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (1) « Donnez-moi un levier et je soulèverai le monde » Archimède Définition: • les levier sont des systèmes mécaniques permettant de multiplier l’effet d’une force dans le but de contrer une résistance. Ils permettent aussi d’effectuer rapidement des mouvements de grande amplitude. • Mots clefs: systèmes de forces, point d’appui, moments de force. • Les articulations font partie des leviers du corps humain. LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (2) POIDS ET MASSE Masse : • Quantité de matière d’un objet. Cette quantité reste constante quelque soit l’état de l’objet (position vitesse accélération). • L’unité de masse est le Kg Poids : • est une force que subit un objet de masse m sur terre due à la gravité. Cette force est le produit de l’accélération de la pesanteur (g=9,81 m/s2)par la masse de l’objet : P= mg . • L’unité est le newton (N) LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (3) • Le poids s’exerce au niveau du centre de gravité du système de levier l’objet • La force musculaire s’applique au point d’insertion du muscle moteur. P LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (4) TYPOLOGIE On identifie un levier en fonction de la composante située au milieu. LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (4 BIS) TYPOLOGIE LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (4 TER) TYPOLOGIE LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (5) EXEMPLE Levier inter appui LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (6) EXEMPLE Levier inter-résistant LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (6) EXEMPLE Levier inter-moteur LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (7) CALCUL DES FORCES ET DES RÉSISTANCES Le moment d’une force MF est égal au produit du bras de levier d par la norme de la force F Si la force a tendance à faire tourner le levier dans le sens horaire alors MF > 0 Si la force a tendance à faire tourner le levier dans le sens anti-horaire alors MF < 0 Le bras de levier d est la plus petite distance du point d’appui à la direction de la force LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (8) CALCUL DES FORCES ET DES RÉSISTANCES Le levier est en équilibre si la somme des moments est égal à zéro. MF +MW = 0 MW = 0,24 x 50 MF = - 0,03 X F F = 50 x (0,24/ 0,03)= 400N MF Mw LES LEVIERS DU CORPS HUMAINS (8) INFLUENCE DU BRAS DE LEVIER Par rapport à la longueur des segments Par rapport au point d’insertion du muscle La force à développer pour l’équilibre du système est modifiée. CENTRE DE MASSE Pour traiter plus facilement des problèmes mécanique, on fait l’hypothèse que la masse entière d’un objet est située en un seul point appelé centre de masse ou centre de gravité Pour un système de corps solide le centre de masse est déterminé par le barycentre des différentes masse mi composant le système. CENTRE DE MASSE (2) Point d'application de la résultante des forces de pesanteur qui s'exercent sur l'ensemble des particules composant un corps; en géométrie, synonyme de centre d'inertie. (Larousse) CENTRE DE MASSE (2) POSITION DE CG Le CG peut être déterminée sur un objet en cherchant le point d’équilibre par rapport à un axe fixe CENTRE DE MASSE (3) POSITION DE CG Sur un objet de forme géométrique le CG se situe à l’intersection des axes se symétrie CENTRE DE MASSE (4) POSITION DE CG ? CENTRE DE MASSE (5) TRAJECTOIRE BALISTIQUE D’UN OBJET Pour un objet lance dans le champs de pesanteur, en rotation constante sur lui-même : • La trajectoire du CG suit une parabole • La trajectoire d’un point quelconque suit une cycloïde CENTRE DE MASSE (6) CG D’UN INDIVIDU CENTRE DE MASSE (7) CG D’UN INDIVIDU 1ère condition d’équilibre : F = 0 CENTRE DE MASSE (8) CG D’UN INDIVIDU 2ième condition d’équilibre : M/o = 0 CENTRE DE MASSE (9) MOBILITÉ DU CG CENTRE DE MASSE (10) MOBILITÉ DU CG CENTRE DE MASSE (10) CENTRE DE MASSE COMBINÉ Trouvez le centre de gravité G de quatre masses ponctuelles A, B, C, D, de respectivement 1,2, 3 et 4 kg, situées à chaque sommet d'un carré de 1m de coté. Préalablement, déterminez la position de chaque masse ponctuelle dans un repère orthonormé d’origine A, puis positionnez le centre de gravité G sur le schéma. CENTRE DE MASSE (11) CENTRE DE MASSE COMBINÉ EXERCICES (1) Une tige de poids négligeable, de longueur L (L= 1m) est déposée sur un appui O. A chaque extrémité, on suspend une masse: 10 kg en A et 16 kg en B. On observe que la tige est en équilibre. Quelle est la réaction au point O? A quelle distance du point A le support O a-t-il été placé? EXERCICES (2) Un promeneur de 80 kg porte un sac de 20 kg. Le centre de gravité du promeneur est à 1,1 m au-dessus du sol lorsqu’il ne porte aucune charge. Le centre de gravité du sac se situe à 1,30 m au-dessus du sol, lorsqu’il est sur le dos du promeneur. A quelle distance se trouve le centre de gravité du promeneur lorsqu’il porte son sac? EXERCICES (3) A l’aide de la figure ci-dessous, citer le type de levier représenté et calculer la force musculaire des extenseurs nécessaire pour maintenir le système de levier en équilibre. Nous négligerons le poids de l’avant-bras dans cette analyse.
