II. La cinématique - Université de Picardie Jules Verne
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Biomécanique des Activités Physiques et Sportives 2ème partie Licence 1 Guillaume Costalat Maître de conférences Université Picardie Jules Verne I. Introduction à la biomécanique Quelques rappels… I. Introduction à la biomécanique • Quelques rappels Exemples d’application aux APS Améliorer une performance sportive: Mesure, évaluation et feed-back (retour) en fonction du but de l’APS Exemple: Impulsion saut en longueur, hauteur ou d’un gardien de football n’est pas la même. I. Introduction à la biomécanique • Quelques rappels Exemples d’applications aux APS Analyse du mouvement Mieux comprendre un geste Exemple: Dans la locomotion humaine, analyse des relations entre les phases (oscillation et appui) de chaque jambe permet de distinguer 2 modes, lesquels ? Marche: Double appui / Pas d’envol Course: Pas de double appui / Envol I. Introduction à la biomécanique • Quelques rappels Exemples d’applications aux APS Adapter le matériel Exemple: Semelles de chaussure adaptées à la foulée du sportif Foulée pronatrice Poids du corps sur bord interne du pied Foulée universelle Foulée supinatrice Poids du corps dessine un « S » Poids du corps sur bord externe du pied I. Introduction à la biomécanique • Quelques rappels Exemples d’applications aux APS Etude des pathologies Exemple: - Myopathies, paralysies cérébrales (hypertonie), pathologies de la colonne vertébrale (scoliose)… I. Introduction à la biomécanique • Quelques rappels Exemples d’applications aux APS Amélioration de la réadaptation fonctionnelle Exemple: - Améliorer efficacité orthèses / prothèses (↑ efficience) Orthèse Appareillage qui compense une fonction déficitaire (assiste une structure Xaire ou musculaire) Genouillère rotulienne Prothèse Appareillage destiné à remplacer un élément manquant (membre, Xtion) Prothèse de jambe II. La cinématique Description mécanique du mouvement linéaire et angulaire II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Exemples: Patinage (glisse) Touche (rugby) Ski II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire La translation: définition B A B A II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire La translation: définition B A trajectoire rectiligne B A II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire La translation: définition B B B A A trajectoire curviligne A II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Comment déterminer un mouvement de translation? A B II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Distance, déplacement et position Xf Cas général: Xi L Cas particulier, la translation: L Xi d d>L d Xf d=L II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Vitesse et vitesse moyenne: Application 1) Si un athlète court un semi-marathon (~21 km) en 1 heure et 15 minutes, quelle est sa vitesse moyenne? Exprimez sa vitesse moyenne dans les deux unités usuelles. II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Vitesse et vitesse moyenne: Application Analyse du record du monde du 100m (Berlin, 2009) A Berlin, Usain Bolt remporte l’épreuve du 100m en 9 secondes et 58 centièmes. Trois temps de passage ont été relevés lors de sa course: - À 10 m : 1,89 s - À 60 m : 6,29 s - À 70 m : 7,10 s 1) Quelle a été sa vitesse moyenne sur l’ensemble de l’épreuve? Lors des 10 premiers mètres? Entre les 60ème et 70ème mètres? 2) A-t-il réussi à maintenir sa vitesse sur la fin de l’épreuve? II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire V moyenne vs. V instantanée: Représentation graphique C vins B d distance D vmoy A Δt temps δt II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire V moyenne vs. V instantanée: Représentation graphique distance A B temps II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire V moyenne vs. V instantanée: Représentation graphique vmax distance vmin D C temps II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Vitesse instantanée: quel intérêt? Vitesse instantanée Vitesse (m.s-1) 12 10 8 6 Vitesse moyenne 4 2 0 Championnat du monde Tokyo (1991) 100 mètres 0 2 4 6 Temps (s) 8 10 II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire Vitesse instantanée: quel intérêt? Vitesse moyenne Vitesse instantanée II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire L’accélération linéaire moyenne Comme la vélocité, l’accélération peut avoir des valeurs dites… Non-uniforme Accélération positive Accélération négative (décélération) Exemple: départ sprint Exemple: Arrivée sprint II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire L’accélération linéaire moyenne : Application Un nageur qui plonge part avec une vitesse nulle et atteint 1,8 m.s-1 au bout de 2 secondes. II. La cinématique • Cinématique du mouvement linéaire L’accélération linéaire moyenne: Application Lors des JO de Sotchi, le biathlète français Martin Fourcade a gagné l’épreuve du 20 km en 49 minutes et 31 secondes. Dans une longue portion rectiligne de la dernière partie skiée de l’épreuve, la vitesse instantanée du biathlète a été successivement mesurée à 26,7 ; 26,4 ; 30,1 et 27,7 km.h-1 avec un intervalle de temps régulier de 10 secondes. 1) Après avoir fait un schéma des données, déterminer les accélérations de l’athlète puis exprimez les en m.s-2 2) Précisez la nature de chaque accélération calculée II. La cinématique • Vers la cinématique du mouvement angulaire… Exemple du cyclisme Tête, tronc et membre supérieur Mouvement linéaire Membre inférieur Mouvement angulaire II. La cinématique Description mécanique du mouvement linéaire et angulaire II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Mouvement angulaire Flexion de l’avant bras II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Mouvement angulaire Quelques exemples… La volte (lancer de disque) Soleil (barre fixe) Pirouette (patinage) II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Axes de rotation Axe longitudinal Axe transversal Axe sagittal II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations Création d’un couple de force: Exemple de la pirouette II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations Création d’un couple de force: Exemple de la natation Poussée d’Archimède 𝐏 du nageur II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations Application d’une F excentrée au centre de gravité CG Rotation avant CG Rotation arrière II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations Blocage d’un mouvement rectiligne Exemple du croche-pied Exemple du « soleil » en cyclisme II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Déclenchement des rotations Blocage d’un mouvement rectiligne: 2 exemples en gymnastique II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Sens de la rotation 20° Sens positif -20 Sens négatif II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Sens de la rotation Deux exemples…le swing au golf I II II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Sens de la rotation Deux exemples…le tir au football II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Distance, déplacement et position angulaire 340° θ A 20° B A B II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Unités utilisées 𝜽𝒓𝒂𝒅 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑙 ′ 𝑎𝑟𝑐 𝑙 = = 𝑟𝑎𝑦𝑜𝑛 𝑑𝑢 𝑐𝑒𝑟𝑐𝑙𝑒 𝑟 𝜃 𝑟 𝑙 II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Angle relatif vs. angle absolu Ligne de référence Angle absolu Angle relatif II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Angle relatif vs. angle absolu 145° Flexion de hanche (genou fléchi) 90° Flexion de hanche (genou en extension) II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire La vitesse angulaire: Application Exercice 1: Lors d’un saut, un skieur réalise un 1080° en 1,8 secondes. 1) Quelle est la vitesse angulaire moyenne lors de cette rotation? Exprimez cette vitesse dans les 3 unités usuelles. II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire La vitesse angulaire: Application En athlétisme handisport, lors de la finale du 1500m - T54 des Jeux Paralympiques de Londres, le vainqueur a réalisé un temps de 3'12"09. Les roues arrières de son fauteuil avaient un diamètre de 70 cm. 1) Quelle a été la vitesse angulaire moyenne 𝝎𝒎𝒐𝒚 de rotation de ses roues arrières au cours de l’épreuve (en °.s-1 et tr.min-1? 2) Même question concernant sa roue avant sachant qu’elle avait un rayon de 25 cm. II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire L’accélération angulaire: Application Le soleil à la barre fixe Lors d’un soleil à la barre fixe, un gymnaste tourne à une vitesse de 250°.s-1 puis, 2 dixièmes de seconde plus tard, à 400 °.s-1 1) Quel est l’axe de rotation? Où se situe-il? 2) Quelle a été son accélération angulaire moyenne? II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire L’accélération angulaire: Application Le soleil à la barre fixe Axe de rotation II. La cinématique • Cinématique du mouvement angulaire Quel intérêt d’étudier la cinématique du mouvement angulaire dans les APS? Conflit entre mouvement linéaire et angulaire: Ex de la course Avec rotation Sans rotation des épaules Des épaules
