Cours bioméca 2

F- LE NAGEUR STATIQUE
POIDS
Le poids , en un lieu donné, d'un corps matériel de masse m est déterminé par la relation , où
représente l'accélération de la pesanteur en ce lieu. Cette relation vectorielle traduit le fait que
le poids s'exerce verticalement dans le même sens que l'accélération de la pesanteur. Il
s'applique au centre de gravité du corps.
On doit à Isaac Newton d'avoir différencié les deux concepts : masse pesante et poids.
Contrairement à la masse, qui est une caractéristique intrinsèque du corps, le poids est une
caractéristique locale du corps, fonction du point du globe où s'effectue la pesée et de
l'altitude. Ainsi, le poids d'un vaisseau spatial ne cesse de diminuer à mesure qu'il s'éloigne de
la Terre. En état d'apesanteur (g = 0) - obtenu, par exemple, dans l'espace, à une distance
suffisamment grande de tout astre -, un corps ne subit aucune force d'attraction : son poids est
nul.
E- LE NAGEUR ET LES PRINCIPES
FLOTTABILITE
LE COMPLEXE DE FLOTTAISON CHEZ LE NAGEUR OU LE
COUPLE DE REDRESSEMENT
Flottabilité : qualité de ce qui peut flotter.
Flotter : être porté sur un liquide (notamment sur l'eau)
Flotteur : corps solide dont la densité est plus faible que celle d'un liquide (et donc
apte à flotter).
Ligne de Flottaison : Intersection de la surface externe d'un navire à flot avec le plan
horizontal d'une eau tranquille.
DENSITE
La densité relative d'un corps solide ou liquide est le rapport de la masse d'un
volume donné de ce corps à la masse d'un même volume d'eau à 4°C. C'est donc
un nombre sans dimension, c'est-à-dire qui s'exprime sans unités.
CONCLUSION:
Lorsque je plonge un corps solide dans de l'eau soit :
Il flotte et donc il existe une force qui le pousse vers le haut
Il coule et dans ce cas il existe une autre force qui le tire vers le fond
F- LE NAGEUR STATIQUE
LA FORCE
En physique, la force est une action mécanique capable de créer une accélération, c'est à dire
une modification de la vitesse d'un objet ou d'une partie d'un objet, ce qui induit un
déplacement ou une déformation de l'objet.
L'unité de mesure du Système International d'une force est le newton, symbole N, en
hommage au savant.
PRINCIPE D'ARCHIMÈDE
Principe fondamental de l'hydrostatique, découvert par le mathématicien et philosophe grec
Archimède (287-212 av. J.-C.) et communément appelé depuis
"Principe d'Archimède". Exposé dans le "Traité des corps flottants", il stipule que
« tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée
de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé ».
Ainsi, si un solide possède une densité inférieure à celle du liquide dans lequel il est plongé, il
flotte, le corps déplaçant un volume de liquide égal à son poids. Dans le cas contraire, le
corps coule. Cela explique pourquoi un navire lourdement chargé flotte : son poids total est
égal au poids de l'eau qu'il déplace, et l'eau exerce une force de poussée qui le maintient à la
surface.
Le point où toutes les forces génèrent l'effort de poussée est appelé le Centre de Poussée. Il
correspond au centre de gravité du fluide déplacé.
La constitution du corps humain est hétérogène : son centre de gravité n'est pas confondu
avec le centre de poussée.
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
RESISTANCE TOTALE
La résistance passive totale de l'eau sur un corps immergé
R = 1/2 Cx d S V2.
# d = densité de l'eau
# V = vitesse horizontale du nageur
# Cx = coefficient de traînée, sans dimension, fonction de :
* la viscosité de l'eau
* la rugosité de la peau
* la géométrie du corps (coefficient de forme)
# S = surface du maître-couple
1/2 d V2 représente la pression statique ou l'énergie requise pour qu'une particule de fluide
reste "accrochée" au corps.
Pour réduire la résistance que l'eau oppose au déplacement de son corps, le nageur doit
diminuer Cx et S
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
LES RÉSISTANCES
LES PROPULSIVES
3ème loi de Newton
MAITRE-COUPLE
Surface orthogonale de projection du corps sur un plan perpendiculaire à son axe de
déplacement (à la manière de l'ombre portée sur un écran vertical par un projecteur placé
derrière le nageur). Plus la surface du maître-couple est importante,
plus la résistance à l'avancement croit (le diamètre ou la section du tube imaginaire,
à l'intérieur duquel glisse le nageur, est plus grand).
Le principe théorique de transmission de la quantité de mouvement (3e loi de Newton) semble
constituer le mécanisme essentiel de création des forces propulsives au cours de la nage.
« Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de
même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B ».
Ces forces ont la même droite d'action, des sens opposés et la même norme. Ces deux forces
sont toujours directement opposées, qu' A et B soient immobiles ou en mouvement.
Chaque poussée transfère au fluide une quantité de mouvement qui provoque une réaction de
pression du fluide.
Les déterminants essentiels de la quantité de mouvement sont :
La quantité de liquide mobilisé selon l’axe antéro-postérieur. Cette quantité est déterminée par
la surface et les caractéristiques de l’élément propulseur.
L’accélération de l’élément propulseur.
Cette accélération est déterminée par la longueur du bras de levier du propulseur et par la
puissance de l’élément moteur.
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
LES RÉSISTANCES
LES PROPULSIVES
LA PORTANCE
La force de portance s’exerce perpendiculaire au déplacement et du bas vers le haut sur toute
la surface du corps en contact avec l’écoulement de l’eau. Elle s’ajoute donc à la poussée
d’Archimède lors du déplacement du nageur pour le maintenir à la surface, mais elle permet
aussi de lutter contre le couple de redressement et maintenir le corps à l’horizontal.
G- LE NAGEUR EN MOUVEMENT
LES RÉSISTANCES
-La Résistance de Trainée est à la foi, liée à la morphologie du nageur, a la forme de son corps
au cours de son déplacement et à sa vitesse. Cette force a deux composantes :
+ La Résistance Frontale cette composante est liée a la résistance de forme qui s'exerce a
l'avant du nageur.
+ La Résistance de Remous cette composante est liée à la résistance de forme qui s'exerce à
l'arrière du corps du nageur. Elle est à l'origine d'une dépression qui exerce un effet d'aspiration
derrière le nageur.
-La Résistance de Vague elle est liée aux mouvements réalisés à la surface de l'eau. Ces
derniers sont à l'origine de la création d'une vague en avant du corps et d'un creux à l'arrière.
Ainsi, en avançant a la surface, le nageur crée une pente liquide composée d‘une zone de faute
pression a lavant et d'une zone de dépression a l'arrière qu'il doit surmonter.
-La Résistance de Frottement est liée aux propriétés d'écoulement de l'eau de la surface du
corps elle est caractérisée par les reliefs et les différentes matières.
- La trainée de forme est liée à la surface du maître couple.