Biomécanique Appliquée

Définition et exemples d’applications

I. Définition des différents champs de connaissances

A. Physique et mécanique

La physique, c’est une science qui a pour objet d’étude, la matière les objets ainsi que les lois qui vont régir leurs mouvements.

La mécanique, c’est une partie de la physique qui va s’occuper principalement aux mouvements de ces corps.

2 axes d’études :

La description objective du geste à partir de photos, de film.

Expliquer, comprendre le mouvement et les principes qui le génère.

Exemple : un système est en mouvement ou à comme particularité, des variations de vitesse.

C’est l’identification des forces extérieures qui s’appliquent sur le système qui explique le mouvement. Cela va passer par la définition de loi ou de théorie. Une loi correspond à l’ensemble des règles ou de principes explicatifs des phénomènes. On s’appui sur les lois de Newton. Elles sont au nombre de 3. Elles mettent en avant l’importance des forces extérieures dans la mise en mouvement, dans les changements de vitesse d’un système. La 3ième loi de Newton est la loi d’action – réaction, elle nous permet de comprendre l’incidence d’un sol sportif sur l’appareil moteur et des entreprises se dotent de laboratoires pour concevoir des sols adaptés à la morphologie ou à certaines APS. La mécanique revêt une importance dans le cadre des APS parce qu’elle permet d’expliquer la majeure partie des mouvements athlétiques, gymniques donc cela permet à l’enseignant ou à l’éducateur d’optimiser la performance en identifiant les principes essentiels.

B. De la mécanique à la biomécanique

Au cours du XXième siècle, le sport est devenu une vitrine pour les nations et il y a eut un souci de rationaliser l’entraînement, de développer l’ergonomie dans le travail (de mieux prendre en compte aussi le domaine des handicaps. Très vite la mécanique s’est appliquée à l’entraînement sportif pour optimiser les performances, améliorer le geste ; le rendre plus efficace. Ce sont des données qui ont été transmises et qui sont transmise aux éducateurs, aux enseignants et ça fait aussi partie des connaissances que les élèves doivent avoir en cours d’EPS car l’élève doit comprendre le geste qu’il réalise. Comprendre les principes généraux du mouvement.

Pour mieux appréhender ce geste, il faut avoir recours à la vidéo, à la photographie, l’environnement informatique est de plus en plus important. L’informatique permet à la mécanique d’étudier les mouvements en 3D. Il y a même des logiciels de simulation de mouvement. A partir d’une vitesse de course, ou d’une vitesse d’impulsion, le logiciel donne la performance et le saut correspondant.

Cette technique basée sur le film, la vidéo, c’est la cinématique.

Associé à la cinématique, il est possible de recueillir des forces lors ‘un choc, d’une impulsion. C’est ce qu’on appelle la dynamique.

C’est un kinogramme : modélisation du mouvement où le système est représenté par ses différents segments. C’est un bonhomme « fil de fer ».

C. Science et empirisme

L’empirisme relève de l’expérience, de l’intuition, ce sont donc des données subjectives qui s’avèrent dans certains cas faussées. Exemple : c’est au XVIIième siècle, quand certaines personnes ont essayé d’identifier les trajectoires aériennes. En 1638, Galilée a contredit toutes ces données et il établit que la trajectoire aérienne du projectile était une parabole. Ce n’est qu’en 1687 que Newton établit de façon rationnelle et mathématique la nature de ces trajectoires paraboliques.

Référentiel : il va falloir définir le contexte dans lequel le mouvement est réalisé. Terrestre, fixe, supposé Galiléen pour nous permettre d’utiliser les 3 lois de Newton.

Système : l’engin, le projectile.

Bilan des forces extérieures appliquées sur le système : tout vecteur se définit par une direction, un sens, une norme, un point d’application.

Le poids : verticale

Vers le bas

Centre de gravité

P = mg

Les forces de frottements f

Elles sont variables en fonction du volume, du profil (la forme de l’engin), de la nature. Elles peuvent être dans certaines études négligées.

En tout point de cette trajectoire, on peut identifier le vecteur vitesse du système. Ce vecteur vitesse est tangent à la trajectoire.

On peut dire que ce système possède une certaine vitesse, ou une certaine quantité de mouvement. On l’appelle p = mv.

Ce vecteur vitesse ne nous donne aucun élément explicatif de notre trajectoire en lui-même. Il faudrait que je puisse identifier les composantes verticales et horizontales de ce vecteur.

En phase ascendante

Au niveau de la flèche

En phase descendante

Ces composantes sont obtenues par projection sur les 2 axes Ox et Oy.

Pour expliquer le mouvement parabolique, il faut reprendre les 2 mouvements suivant l’axe horizontal et l’axe vertical. Suivant l’axe horizontal (Ox), cette composante est constante on dira que le mouvement est uniforme. C’est cette composante qui permet d’expliquer la progression du système vers l’avant.

Suivant l’axe vertical, il faut identifier 2 phases de la parabole, la phase ascendante et la phase descendante. Au cours de la phase ascendante, cette composante diminue pour s’annuler au sommet de la trajectoire. Cette vitesse diminue sous l’action du poids, de sens opposé, de sens contraire. Au cours de la phase descendante, la composante augmente sous l’action du poids (de cette

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