Résumé final - biomécanique PDF

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biomécanique...

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PLAN ET AXES Plans

Axes o Frontal : Avant-arrière, Lancer de golf o Sagittal : Gauche-droite, Botté de soccer o Horizontal : Haut-bas, Lancer du poids

o Vertical : Milieu de tête o Transverse : Hanche o Sagittal : Nombril

MOMENT DE FORCE Lorsqu’une force ne passe pas par le centre de masse du corps, elle produit un moment de force qui est à l’origine de la rotation de ce corps. Pour produire un moment de force, il faut : une force, un axe de rotation et un bras de levier. La vitesse de rotation dépend de la grandeur du moment de force. La grandeur du moment de force dépend de la grandeur de la force et de la longueur du bras de levier.

LEVIER Système mécanique permettant de multiplier l’effet d’une force motrice dans le but de contrer une résistance. Un levier comprend au moins 2 moments de forces : Résistance et force.

Convention de signe pour la rotation Sens anti-horaire = Positif

Sens horaire = Négatif

Si l’effet de MR = MF  bascule en équilibre Si l’effet de MR > MF  La bascule penchera vers la gauche (+) Si l’effet de MR < MF  La bascule penchera vers la droite (-) Catégories de leviers -

Inter-appui : Vertèbre/cou Inter-force : Biceps avec balle dans la main Inter-résistant : Brouette qu’un homme lève

Efficacité d’un levier Un levier peut favoriser soit le moment produit par la force motrice (Avantage mécanique), soit l’amplitude de mouvement et la vitesse de l’extrémité du levier (avantage cinématique) Déterminer l’efficacité d’un levier avec le rapport entre Bf et Br  Bf/Br

Avantage mécanique Bf > Br  Rapport > 1 Ce type de levier sert à multiplier l’effet de la force motrice par rapport à celui de la résistance. Il permet de soulever des charges plus lourdes que la force générés, et ceci au détriment de l’amplitude de mouvement. Le levier inter-résistance est automatiquement dans cette catégorie. Bf < Br  Rapport < 1 Ce type de levier sert à augmenter l’amplitude du mouvement d’une extrémité du levier. Il permet de générer une grande vitesse de mouvement angulaire du détriment du moment produit par la force motrice. Le levier inter-force est automatiquement dans cette catégorie.

Influence de la longeur du bras de résistance : MR = R * Br Influence de la longeur du bras de force : MFm = Fm * Bf Moment de Force, Formule spécifique : MF = F * d┴

d┴ : longeur perpendiculaire à la ligne d’action de F.

VECTEURS/SCALAIRES Un vecteur a comme attributs un module (grandeur, magnitude), un point d’application (départ) et une direction. S’il ne répond pas a tout les critères c’est donc un scalaire (pas de direction) Les vecteurs peuvent s’additionner ou se décomposer. Vecteurs Force Accélération Vélocité Déplacement de A à B Moment de force

Scalaires Mase Volume Temps Distance Énergie

RAPPEL TRIGONOMÉTRIE Règle 1 : Sommes des angles = 180. Règle 2 : Loi des sinus. Le côté associé à l’angle est toujours celui qui lui est opposé. Règle 3 : Théorème de Pythagore.

2

2

a +b =c

2

Règle 4 : Triangle équivalent. 2 triangles équivalents, les rapports entre les côtés demeurent égaux.

Règle 5 : Projections perpendiculaires Cos : projection vers l’intérieur du triangle  côté adjacent Sin : Projection vers l’extérieur du triangle  côté opposé CENTRE DE MASSE Permet de considérer l’ensemble des parties du corps comme un seul point. Méthode Détermination du centre de masse corporel Méthode 1 : Planche de réaction Formule générale de l’équilibre en situation statique

Méthode de résolution de problème : 1. 2. 3. 4. 5.

Inventaire des données du problème et DCL Application de la convention des signes (Mettre l’orgine au point A) Décomposition des forces Formulations des équations d’équilibre en transition et résolution des forces Formulation de l’équation de forces et autres variables.

Méthoe 2 : Utilisation des coordonéées cartésiennes. 1. Localisation du centre de masse d’un segment dans le système de coordonnées *Besoin de la tables des masses et CM segmentaire. 2. Formulation pour trouver le centre de masse corporel à partir des centres de masse segmentaires.

INERTIE La masse représente la résistance au mouvement linéaire ou à la translation. Le moment d’inertie représente la résistance à la ortation ou au mouvement angulaire. La grandeur du moment d’inertie est en fonction de (facteurs déterminants) :    

La masse du corps La forme du corps La distribution de la masse dans le corps L’axe autour duquel se fait la rotation ( CM ou articulation)

Rayon de giration C’est l’élément clé de la grandeur du moment d’inertie. Il exprime (quantifie) de quelle manère la masse d’un corps est distribué par rapport à son propre centre de masse.

-

Icm = Moment d’inertie par rapport au centre de masse M = Masse du segment K2 = Rayon de giration

Le rayon de giration est la distance entre l’Axe de rotation (passant au CM) et l’endroit où toute la masse du corps ou de l’obet pourrait être distribuée sur un anneau entourant le CM. (ex : une roue de vélo, K est égale au rayon de la roue). Plus les segments sont éloigné (corps en extension) plus le K est grand donc le moment d’inertie est grand aussi. Plus les segments sont rapproché (cors accroupie) plus le K est petit donc le moment d’inertie est petit. Moment d’inertie par rapport à un axe autre que celui passant par le centre de masse. La résitance au mouvement angulaire est donc plus grande lorsqu’un objet ne tourne pas par raport à son centre de masse et on dira que le moment d’inertie est plus grand dans ce cas. D représente la dstance entre l’axe passant par CM et un 2e axe parallèle au premier qui est l’axe de rotation. M = m_coef * m K = k_coef * lseg D = l_coef* lseg

FORCES Masse : Quantité de matière constituant un corps ou un objet. Unité de mesure : Kg. La masse d’un corps est invariable, peu importe l’emplacement. Masse = Poids/9.81 Poids : Force représentant l’effet de l’accélération gravitationnelle sur une masse. Unité de mesure Newton. Sur la terre, l’Accélération gravitationnelle est de 9.81m/s2, dirigée vers le centre de la terre, donc souvent négatif. Pour obtenir le poids, il faut multiplier la masse par l’accélération gravitaionnelle : Poids = masse * g. Le poids est dépendant de la gravité.

La réaction de la balance englobe le poids de la personne et l’effet du mouvement (accélération) des segments… sur le centre de masse. Le poids corporel est toujours le même. La différence dépend de l’accélération des segments qui modifie l’accélération du centre de masse corporel. Loi de l’accélération (2e loi de Newton)    

L’accélération d’un corps est proportionnelle à la somme des forces appliquées sur ce corps. L’accélération est propotionnelle à la grandeur de la force appliquée. Pour une même force, l’accélération est inversement proportionnelle à la grandeur de la masse. Cette loi est en jeu quand, il y a une variation au niveau la vitesse, donc accélération, du corps et la somme des forces exercée sur le corps n’est pas égale à zéro.

de

Loi de l’inertie (1ère loi de Newton)  

En l’absence de l’application d’une force résultante sur un corps, l’état du mouvement de celui-ci demeurera inchangé. Cette loi est en jeu quand la position est statique et quand la vitesse est constante.

Loi de l’action-réaction (3e loi de Newton)  

Pour toute interaction entre deux corps, une force réciproque (égale en grandeur et agissant dans le sens opposé) sera appliquée sur chacun d’eux. Pour que cette loi s’applique il faut deux corps et un contact entre eux.

Force de frottement   

Force produite entre deux surfaces qui sont en contact. La froce de frottement empêche toujours plus ou moins le glissement entre les deux surfaces qui sont en contact. Cette force est important car elle nous permet de produire une force de réaction qui, en retour, nous permettent de nous déplacer dans l’environnement.

La force de frottement est modulé (dépendante) par : nature des matériaux, rugosité des surfaces, température, vitesse de déplacement. La force normale est toujours perpendiculaire à la surface de contact alors que la force de frottement agit en parallèle à cette surface dans le sens opposé au glissemen opposé.

PRESSION

La pression représente la distribution de la force par rapport aux surfaces en contact. Pour une même force, la pression ressentie sera élevée si le surfaces en contact sont petites, et faible si les surfaces en contact sont grandes.

CINÉMATIQUE I Position linéaire représente l’emplcaement d’un coprs à un instant précis dans le temps. Exprimé sous forme de coordonnées (x,y). Déplacement linéaire est le résultat d’un changement entre 2 positions. Comme le déplacement est un vecteur, sa position obtenue en faisant le différence entre la position finale et la position initale.

Vitesse linéaire représente la différence survenue lors d’un changement entre deux positions (un déplacement) en fonction du temps écoulé durant ce déplacement. Cette différence est aussi exprimée comme étant celle de la position finale moins la position initale, en fonction de l’intervalle de temps écoulé.

Vitesse linéaire moyenne par différence directe La vitesse moyenne calculée par différence direce est celle de l’intervalle temporel.

Vitesse linéaire moyenne par différence centrale Permet d’obtenir échantiollonnés.

les

valeurs

aux

même

instants

que

ceux

Accélération linéaire moyenne Représente la différence survenue lors d’une variation de la vitesse en fonction du temps écoulé durant ce changement. Deux intervalles de temps sont utilisés pour obtenir les valeurs aux mêmes échantillons temporels. Accélération négative signifie que la personne ralentis et la vitesse diminue. Si l’accélération descend, mais reste dans le positif cela signifie que la vitesse augmente mais de moins en moins Position anglulaire est l’angle du corps par raport à un axe de référence.

Déplacement angulaire est le changement entre deux positions angulaire.

Vitesse angulaire est le changement de position angulaire (déplacement) en fonction du temps écoulé.

Accélération angulaire est le changement de vitesse angulaire en fonctione du temps écoulé.

Relations entre mouvement linéaire et mouvement angulaire

*Pour utiliser ces relations, les angles doivent êter en radians. Le radian est l’angle pour lequel la longeur de l’air de cercle équivaut à la longueur du rayon de ce cercle. (voir formule conversion). Le vélo Vitesse linéaire d’un vélo dépend de la dimension de sa roue et de la vitesse de rotation. Puisque la chaîne relie les deux plateaux, la vitesse linéaire à l’extrémité de chacun des plateaux est obligatoirement la meme. Vpar = V pav. Donc, en connaissant la vitesse angulaire du plateau avant, on peut facilement établir la vitesse angulaire de la roue.

CINÉMATIQUE II Angles segmentaires ou

absolus

L’angle segmentaire est établi par rapport à l’axe horizontal positif.

Angles articulaires ou relatifs Angle formée entre deux segments. Flexion complète = 0 degré. Extension complète = 180 degré.

Phases, périodes et évènement d’un cycle de marche Phase Support (0 à 60%) Oscillation (60 à 100%)

Période Réception Appui intermédiaire Poussée Envol Atteinte

Durée du CM 0-15% 15-40% 40-60% 60-80% 80-100%

Durée (relative) 15% 25% 20% 20% 20%

Évènement (initial) Contact initial Flexion du genou Talon quitte le sol Pied quitte le sol Pied passe devant l’autre jambe

TRAJECTOGRAPHIE 





Augmenter la hauteur d’appel ou d’élever son CM sans jouer sur l’inclinaison du tronc consiste à relever les bras et la jambe au cours de la phase d’impulsion. Vitesse d’appel : vitesse de la personne au moment du contact terminal avec la planche. Le facteur le plus important et dépend entièrement de la vitesse que l’athlète pourra développer durant sa course d’élan. Combinaison idéale= maximiser la vitesse de course et minimiser les pertes d’ajustements.

Phase aérienne (envol) Durant cette phase la seule force qui agit sur le centre de masse du corps est le poids. Cette force agit uniquement le long de l’Axe vertical. Le corps est donc attiré vers le bas avec une accélération de -9.81m/s2. Par rapport à l’axe horizontal, aucune force n’agit sur le corps : c’est la loi d’inertie. Vitesse verticale = change

Vitesse horizontale = ne change pas.

Conséquences de cette phase : Tous les corps sont soumis aux même changements de vitesse. Les vitesses de chute sont donc les mêmes. (Objet lourd descend en même temps qu’un objet léger). Il n’y a aucune influence entre l’accélération horizontale et verticale.

Trajectoire parabolique La seule accélération sur la trajectoire du corps est g. Les éléments qui déterminent la trajectoire sont; l’angle d’envol, la vitesse d’envol et la différence de hauteur entre le point de départ et d’arrivée. -

Angle de projection : facteur critique de la trajectoire d’un projectile.

Pour une même vitesse de projection, mais un angle différent. Angle optimale = 45 degré. Plus l’angle de projection est élevé, plus le temps dans les airs est grand. -

Vitesse d’envol

Pour un même angle de projection, mais des vitesses de projection différentes V...