« Biomécanique de la performance sportive »

1. « Biomécanique de la performance sportive » Des Forces et Moments à l’Energie mécanique d’un système poly-articulé Pierre MORETTO CH 1

2. Etude du mouvement ...en 3 lois Les lois de Newton et Euler Euler (1707-1783)

3. Newton & Euler …appliquées à l’Homme en mouvement ??! … en 3 phases • Un modèle …….. (du Cg au système polyarticulé) • Forces et Translation …… • Moments et Rotations ……….

4. Modélisation(du Cg au système poly-articulé)

5. Le Centre de Gravité ……. G ou Cg Distribution de la masse homogène : Cg est le centre géométrique Distribution de masse hétérogène ou Assemblage de solides de masses différentes: Cg est le barycentre. G2,m2 G1,m1 G, (m1+m2) 0

6. Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi G, M Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Gi,mi Modélisation 0

7. Cg de l’homme en mouvement • La position du Cg dépend de la position des masses segmentaires à un instant donné. 0 0

8. Modélisation • Les tables anthropométriques

9. Des particularités ……

10. Exhaustif ?!

11. Vers un système poly-articulé • Modèle anatomique (repères externes) • Modèle filaire …….. Kinogramme • Modèle de chainons • Modèles de corps libres …….. Inter-agissants les uns / autres

12. En résumé: • Le modèle permet : • De simplifier la réalité … (>0 et <0), • De proposer des caractéristiques inertielles, • D’estimer la position du Cg de l’individu, • De modéliser les interactions entre segments,

13. De la Force externe au mouvementlinéaire (Newton) P. MORETTO

14. Etude du mouvement linéaire ...en 3 lois

15. Etude du mouvementlinéaire ...en 3 lois Newton : Force et translation

16. Définition d’une force • Une Force « F » (Newton) correspond à l’accélération (ä; m.s-²) d’une masse (m; kg). • F=m.a Newton= kg.m.s-² • Grandeur vectorielle: • Point d’application • Direction • Sens • Intensité

17. Propriétés • Addition • Principe « Action-Réaction » • Notion d’équilibre • Statique • « Dynamique »

18. Applications ?? ?? ?? ??

19. L’unité fait la force

20. Equilibre statique et forces parallèles

21. Principe Fondamental Dynamique • La somme des forces externes appliquées sur un solide explique l’accélération (ä) des masses rapportées au centre de gravité. F1 F2

22. Quelle est l’accélération subie par cette skieuse de 50kg si la pente est de 45°? 45° 347 N 45° 0.71g 45°

23. Newton et Système poly-articulé Le mouvement de chaque segment sous l’effet des muscles entraîne une accélération (ai) de chaque masses segmentaires (mi) La somme des accélérations (ai) des masses segmentaires (mi) de chaque segment explique l’accélération de l’ensemble des masses rapportées au Cg du sujet et la force d’action externe. mi : Masses des segments Gi : Centre de gravité des segments G : Centre de gravité du sujet

24. … La force de réaction Cg Cg z y 0 x En statique En dynamique Rsol Tps

25. Pressions plantaires …… Baropodométrie ? M.äg Cg M.g Fz RSol Pression = Force/Surface

26. Mesures cinétiques • Étudecinétique des forces de réactions au sol • Plateau de force ParamètresDynamographiques z y 0 x • Étude de la distribution des pressions plantaires • Plateau de pression, • Semelles embarquées, • Paramètres Baropodométriques

27. Plateau de Force • Étude des forces de réactions au sol • Plateau de force - Paramètres Dynamographiques - Les composantes de la force (Fx, Fy et Fz) - Le point d’application et son trajet/tps - Les moments de chaque composante … z y 0 x

28. Paramètres Cinétiques Pic de force (N) Impulsion (N.s) Force (Newtons) Pic Taux (N.s-1) Temps (s) Temps au pic (s) Temps de sollicitation (s)

29. z x 0 y Fz Fx Fy

30. Analyse de la marche 1ers pics : Mise en charge 2èmes pics : pic de propulsion

31. Évolution de la surface en fonction du temps Attaque talon 0% MARCHE Contact avant pied +/- 15% Pied à plat +/- 45% Décollage du talon +/- 60% Propulsion +/- 40% Décollage des orteils 100%

32. Impulsion et Quantité de Mouvement Linéaire

33. Impulsion linéaire et Quantité de Mouvement(ou Moment Cinétique) • La force externe F agit pendant un temps t, créantainsiune impulsion I. • Cette impulsion explique la variation de vitesse (DV) de la masse (m) rassemblée au centre de gravité. Force (Newtons) Temps (s)

34. Propriétés de la QML • Constante …. Tant qu’il n’y pas intervention de force.

35. Propriétés de la QML • Transferable

36. Quantité de Mouvement QM Linéaire M Angulaire

37. Exercice • Impulsion vs QML • Calculez la vitesse au lâché de l’engin Quelle est la vitesse de l’engin lors du lancer ?

39. Les grandeurs physiques , s-1 , kg.m.s-2

40. Les grandeurs physiques , s-1 , kg.m.s-2

41. DU moment externe au mouvementangulaire (euler)

42. Arc AB Angle  Rayon r Rappel B  r A o Mouvements linéaire et Angulaire • Distance : d Arc (AB) = r. • Vitesse : v r. ω • Accélération : ä r. θ

43. Le moment d’Inertie est la résistance à la mise en rotation de la masse « m » située à la distance « d » de l’axe de rotation. Mi=m.d² (en kg.m²) m d Moment d’Inertie

44. Rayons de giration

45. Rayons de giration

46. Une moment de force « Mf » (Nm) correspond à l’accélération angulaire (ä; rad.s-²) d’une masse (m; kg) à l’extrémité d’un bras de levier « d » . Mf=F.d N.m= kg.rad.s-².m Grandeur vectorielle: Point d’application Direction Sens Intensité Définition d’un Moment de force M F m d

47. Addition Principe « Action-Réaction » Notion d’équilibre Statique (Planche chinoise) Dynamique (Terre) Propriétés M1 F1 m2 d2 m1 d1 F2 M2

48. Exemple d’application Loi d’Euler M=Mext=O (F1.Id)+(W.Ip)+(F2.o)=0 D’où Ip=? Ip= -(F1.Id)/W Soit: (2x329)/700=0.94m Équilibre Statique Que se passe-t-il si : ?

49. 1er Type de Levier Inter-appui Appui entre Force et Résistance Exemple de Moment de Force(Les leviers)

50. 2ème Type Inter-Résistant Résistance entre Force et Appui Anatomiquement inexistant Exemple de Moment de Force(Les leviers)