Mécanique du geste sportif

Mécanique du geste sportif
Objectif du cours : Les méthodologies de l’entraînement, les évaluations ou test clinique réaliser chez les
personnes âgées ou en classe d’EPS pour les enfants, repose le plus souvent sur l’expertise des capacités
physique déterminer lors d’exercices codifier. Il faut analyser les différents tests d’un point de vue
mécanique. (Énergie, puissance, travail)
Programme :
 A) Introduction : De l’énergie métabolique au travail mécanique externe produit par l’athlète
 B) Définition de quelque concept : Le travail et puissance d’une force, le travail d’une force non
concervative et concervative, l’énergie potentielle, énergie cinétique et énergie mécanique.
 C) Bilan énergétique : théorème de l’énergie cinétique appliqué au corps poly-articulé de l’athlète,
travail de force interne, méthode globale avec le cas d’un solide et le cas d’un ensemble de solide
(corps humain)
A) Introduction : de l’énergie métabolique au travail mécanique externe
produit par l’athlète.
L’homme est une véritable machine thermodynamique, le lieu d’échange de multiple forme d’énergie :
électrique, métabolique, mécanique.
De la qualité de ses transformations énergétiques dépend de la performance. Les entraîneurs, les
ergonomes, les enseignants d’éducation physique et sportive, les cliniciens de la réadaptation
fonctionnelle se sont donc intéresser à la capacité de développer et / ou gérer efficacement ces différentes
forment d’énergie.
Parallèlement, d’un pont de vue fondamental, les aspects énergétiques de la production du mouvement,
notamment dans les activités de la locomotion humaine sont l’objet d’étude dans les champs de la
physiologie et de la biomécanique.
1) Le concept d’énergie
Dans le domaine des APS qui nous préoccupe, nous retiendrons que l’énergie du grec énergia « force en
action » est la capacité d’un système à produire un travail entraînant un mouvement.
L’énergie est donc une grandeur physique qui caractérise l’état d’un système et qui est d’une manière
globale conservé au cours des transformations.
 Exemple des transformations de l’énergie
Lorsqu’un arc se déforme, ce dernier stock une énergie communément appelée énergie de
« déformation » et plus correctement « énergie potentielle élastique ». Lors du relâchement, cette énergie
se transforme en « énergie cinétique ». La flèche ainsi que la corde sont animés d’une vitesse. Si l’arc a
un comportement parfaitement élastique, la transformation se fait sans aucune perte. Dans le cas
contraire, il y a donc une perte mais le principe de conservation est toujours respecter.
Energie potentielle élastique = énergie communiquer à l’arc, a la flèche + la
perte.
 Autre exemple : le saut a la perche
Le sauteur, lors de sa course d’élan possède une grande énergie cinétique. Après avoir effectué son
piquer, la perche se plie, se déforme en entraînant une transformation partielle de l’énergie cinétique en
une énergie potentielle élastique. Dans le meilleur des cas, cette dernière est restituée au sauteur sous les
formes d’énergie cinétique et potentielle.
Le principe de conservation de l’énergie est encore respecté pour l’établir, il faut être capable d’évolué
toutes les énergies mise en jeu.
2) L’énergie est un concept ancien
Après avoir exploiter sa propre force, celle des esclaves et des animaux, l’homme a appris à exploiter des
énergies contenues dans la nature, d’abord les vents (énergie éolienne) et les chutes d’eau (énergie
hydraulique)…capable de lui fournir une quantité croissante de travail mécanique par l’emploi de
machine outils, chaudière et moteurs. L’énergie est alors fournie par un carburant (liquide ou gazeux,
énergie fossile ou non).
Comme l’énergie est nécessaire a toute entreprise humaine, l’approvisionnement en énergie est devenu
une des préoccupations majeures des sociétés humaines.
3) L’énergie : une unité universelle
L’énergie est un concept créé par les humains pour quantifier les interactions entre des phénomènes très
différents. C’est un peu une monnaie d’échange commune entre les phénomènes physiques. Ces échanges
sont contrôlés par des lois et principes de la thermodynamique.
Lorsqu’un phénomène entraîne un autre phénomène, l’intensité du second dépend de l’intensité du
premier.
Rendement = énergie de sortie / énergie d’entré
 Un exemple
La réaction chimique dans les muscles d’un cycliste lui permet de provoquer le déplacement du vélo.
L’intensité de ce déplacement dépend de l’intensité des réactions chimique des muscles du cycliste qui
peuvent être quantifié.
 Un autre exemple
Un moteur a explosion fonctionne grâce a aune réaction chimique : la combustion (ou explosion) qui a
lieu a l’intérieur d’un cylindre. La réaction du combustible (l’essence) avec le carburant (l’oxygène de
l’air) produit un gaz avec émission de chaleur et de lumière ce qui se traduit par une augmentation de la
température et de la pression dans le cylindre. La différence de pression entre ce gaz et l’atmosphère de
l’autre coté du piston déplace ce dernier qui va, à travers une transmission mécanique, faire tourner les
roues ainsi qu’un alternateur qui va produire de l’électricité. Au passage, il y aura des frottements
mécaniques qui produiront un échauffement et une usure.
4) Les différents flux énergétiques de l’activité humaine
Entré de
L’O2
Energie
Métabolique
Sortie du
CO2
Maintenance
Muscle tension
Contraction
(activation stable)
isométrie
écrasé
Énergie
contraction pour
absorbé les
Antagonistes
Segment
Énergétique
fin du travail
5) Les énergies rencontrées dans le mouvement
Exemple :
Tâche imposée
Détente verticale
Energie
Mécanique
Interne
produite par
l’athlète
Energie
Métabolique
D’entrée
Energie
Mécanique
Externe
Performance
Elévation du
Centre de masse
Energie potentielle
(Travail du poids)
Travail mécanique externe
Produite par les efforts articulaires produits au cours de l’impulsion
Généré par les muscles actionneurs
Du mouvement force et moment articulaire
B) Définition de quelques concepts
1) Travaille et puissance d’une force
Il peut y avoir une force que s’il y a une puissance. Soit une force F constante (en norme et en direction)
sur La faisant un angle ∂ avec la direction du déplacement du point A.
La représente une direction ou un chemin.
T définie le travail
F
B
La
A
®
O
T = │F││La│cos ∂ = F. La
Il y a 2 possibilité de calcul suivant les
données.
La représente le
chemin du point
d’application de la
force (elle se déplace).
La force est constante.