mar
24

Le trampoline, c’est physique !

Quelles sont les forces et les énergies en jeu pour un gymnaste pratiquant le trampoline.

Quelle durée en l’air ?

Le premier objectif pour un trampoliniste est d’avoir assez de temps en l’air pour réaliser un maximum de figure. Le reglement du trampoline stipule qu’il faut un plafond à au moins 8 metres de hauteur du sol pour pratiquer le trampoline. Comme le tapis est à une hauteur de 1 metre du sol, cela fait une hauteur de saut maximale de 7 metres. En pratique, les gymnastes sautent à une hauteur entre 5 et 6 mètres minimum, hauteur qui augmente avec le niveau pour atteindre près de 10 metres au jeux Olympiques (dans ce cas il faut plus de 8 metres de plafond !). Combien de temps cela fait-il ?En partant du tapis, le gymnaste monte en ralentissant, arrive au sommet de la trajectoire et retombe. Montée et descente sont symétriques, il suffit donc de connaitre le temps de la descente pour avoir la durée totale. En partant d’un repos, la hauteur de chute h et la durée de la chute sont reliées par  h=\frac{1}{2} g t^2. Cela signifie qu’une seconde, c’est 5 mètres de chute libre. En sautant à 5 metres, le gymnaste a donc juste 2 secondes pour réaliser ses figures et se remettre en position. Comme la hauteur de chute est proportionelle au carré de la duré, cette durée est proportionelle à la racine de la hauteur. En sautant deux fois plus haut, l’athlete Olympique n’a que 40% de temps en plus, soit un peu moins de 3 secondes.

Quelle énergie ?

5 à 6 metres, la hauteur atteinte au trampoline, c’est aussi la hauteur à laquelle saute un sauteur à la perche. Atteindre cette hauteur nécessite bien plus d’énergie que ce que peuvent fournir les muscles en une détente. Essayez de sauter à pied joint sans élan, vous vous élèverez surement de plus de 50 centimètres, mais en tout cas de moins d’un mètre. Pour s’elever plus haut, il faut stocker l’énergie fournie par plusieurs détendes des quadriceps. Pour le sauteur à la perche, cette accumulation d’énergie se fait en prenant de l’élan. Il accélère à chaque foulée, et au bout d’une dizaine de foulées, (chacune la poussée d’une seule jambe), il atteint un vitesse de 10 metres par seconde. Grace à la perche, il redirige cette vitesse vers le haut et s’éleve de 5 metres (rappelons, pour la chute,  la durée de chute pour 5 metres c’est 1 seconde, et 1 seconde avec une acceleration de 10 metres par seconde carré cela fait une vitesse de 10 metres par seconde). Pour le trampoliniste, c’est le tapis qui permet d’accumuler l’énergie. A chaque touche, le gymnaste arrive sur le tapis avec de la vitesse, donc de l’énergie cinétique. Puis, une fois le tapis touché, les ressorts se tendent, alors que la vitesse diminue : l’énergie cinétique est convertie en énergie potentielle élastique. Si le sportif ne fait rien de spécial, cette énergie potentielle est reconvertie en énergie cinétique : il repart vers le haut et remonte à la même hauteur. En revanche, si en même temps il exerce une poussée, le travail qu’il fournit s’ajoute à l’énergie déjà stockée et il remonte plus haut. Comme l’énergie potentielle de gravitation  est proportionnelle à la hauteur, l’augmentation de hauteur du rebond est egale à la hauteur sautée sans élan sur un sol dur, soit de l’ordre de 80 centimetres. Il faut ainsi 7 à 8 touches pour atteindre les 5 metres de haut.

fév
08

L’art du ricochet


Pour réussir des ricochets, il faut lancer le plus fort possible le galet d’une hauteur adéquate et lui conférer un mouvement de rotation stabilisateur.

En 1992, une pierre a rebondi 38 fois à la surface d’un lac : l’Américain Coleman McGhee venait d’établir le nouveau record du monde de ricochets. En 2002, le physicien français Lyderic Bocquet, sensibilisé par son fils, a analysé la physique du ricochet et nous nous inspirerons de son travail pour étudier comment une pierre «rebondit» sur l’eau. Nous examinerons ainsi les facteurs de la réussite : la vitesse de lancer, l’inclinaison du galet et la vitesse de rotation. Peut-être pourrons-nous battre le record?

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déc
20

Bien glisser sur la neige

Pour réduire les frottements, il faut adapter à l’état de la neige la rigidité des skis, leurs semelles et leur fartage.

Dessin : Bruno Vacaro

Pour améliorer les performances des skieurs de compétition, notamment les vitesses atteintes, les équipes sportives attachent un grand soin à la préparation de la semelle du ski. En fonction de la température, de l’état de la neige, de l’humidité ambiante, etc. les experts choisissent l’état de surface plus ou moins lisse qu’ils vont donner à la semelle du ski et la nature du fart dont ils vont l’enduire pour mieux glisser. Un savoir-faire qui peut utilement s’appuyer sur une connaissance de la physique mise en jeu. En savoir plus »

nov
02

Eviter la mort dans une collision

Comment diminuer les effets sur le corps humain d’une chute ou d’une collision ? En amortissant ; ce qui signifie une immobilisation rapide, mais pas trop.

de l'importance de l'airbag

Dessin : B. Vacaro

A l’occasion de la semaine thématique sur la mort du c@fé des sciences. Voici en texte intégral un chronique de 2009  consacrée aux moyens de se protéger des chocs violents. 

Filets de protection ou harnais de sécurité sont là pour nous protéger lors d’une chute. Ceintures de sécurité et airbags font de même lors des accidents de voiture. Leur rôle est d’éviter le ralentissement trop brutal provoqué par le choc contre un obstacle ou un arrêt soudain : ils doivent donc être conçus pour amortir… en douceur. Quels principes guident la conception de ces systèmes de sécurité ?

 

Audio

Mais qu’est ce qu’elles foot !

Mais qu’est-ce qu’elles foot ! (Cliquer pour écouter)
Radio Suisse Romande, Zoom, 21 juin 2008, 17h,
Journaliste : Cécile Guerin, Invité : J.M. Courty

juin
21

Le trébuchet du fooballeur

Pour transférer efficacement de l’énergie, les artilleurs du Moyen Âge utilisaient sans le savoir un pendule double. Tout comme, de nos jours, les footballeurs et les golfeurs.

dessin: B. Vacaro

Le mouvement de la jambe d’un footballeur qui frappe avec force un ballon est identique, dans son principe, à celui du trébuchet. L’effort porte sur la rotation accélérée de la cuisse autour de la hanche, mollet replié afin de minimiser le moment d’inertie. L’articulation du genou est ensuite relâchée afin que le mollet acquière, grâce à la force centrifuge, une rotation puissante qui s’achève lorsque la cuisse et le mollet sont alignés. Le geste du golfeur est un mouvement analogue : il fait également intervenir un pendule double, celui constitué par les bras et par le club.

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