ufrstaps Biomécanique et Analyse du mouvement Master 1 Sc2 Pierre MORETTO TOULOUSE UFR STAPS - Pôle Sport - Bureau 302

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1 ufrstaps TOULOUSE Biomécanique et Analyse du mouvement Master 1 Sc2 Pierre MORETTO UFR STAPS - Pôle Sport - Bureau 302

2 ufrstaps TOULOUSE Biomécanique et Analyse du mouvement Master 1 Sc2 Dynamique Énergie, travail, puissance, impulsion, quantité de mouvement

3 Travail et énergie : En biomécanique, le travail quantifie l activité développée par le système musculaire pour déplacer les segments corporels et/ou une autre charge quelconque. En biomécanique, l énergie est le résultat du travail Exemple : - Le travail fait pour déplacer une charge d une hauteur de 30 cm a donné de l énergie à la charge. - Une fois lancée, une balle possède de l énergie. L énergie mécanique possède différentes formes : - Énergie potentielle - Énergie cinétique Unité : Joule (J)

4 Travail et énergie : Conservation de l énergie mécanique totale, énergie potentielle et énergie cinétique.

5 Travail et énergie : Pour des mouvements linéaires, le travail d une force est égal au produit de cette force par le déplacement dans le sens de la force : W = F d F est l intensité de la force d est la valeur du déplacement créé selon la direction et le sens de la force. Exemple : déplacement d une charge

6 Travail et énergie : Pour des mouvements angulaires, le travail d un moment de force est égal au produit de ce moment par le déplacement angulaire : W = M θ M est l intensité du moment de force est la valeur du déplacement angulaire. Rappel : Calcul du moment d une force F appliquée en M par rapport à un point O : M o / ( F ) OM F O d F M θ θ

7 Travail et énergie : Notion de rendement : Rendement brut : Rendement net : Rbrut Travail produit Energie dépensée Rnet Travail produit Energie dépensée Energie de repos Rendement apparent : Rapp Travail produit Energie dépensée Energie vide

8 Détermination de l énergie métabolique : physiologie E met = VO 2 Eq energ O2 Eq energ O2 = équivalent énergétique de l O 2 C est la quantité d énergie libérée chaque fois qu on «brûle» 1 litre d O 2. L équivalent énergétique de l O2 varie en fonction du QR utilisation de tables du QR

9 Détermination de l énergie métabolique : physiologie Contribution des substrats énergétiques: quotient respiratoire Quotient respiratoire (QR)= VCO 2 /VO 2 QR permet d estimer la part relative d utilisation des substrats glucidiques et lipidiques dans la production totale d énergie QR ne permet pas d estimer l énergie qui provient des protéines QR permet d estimer uniquement l energie produite par oxydation QR = 0,70 100% de l énergie provient de l oxydation des lipides QR = 0,85 50% lipides / 50% glucides QR = 1,00 100% de l énergie provient de l oxydation des glucides

10 Détermination de l énergie métabolique : physiologie Équivalent énergétique de l O 2 Eq energ O2 = 5,2 kcal / l = 21,7 kj / l si QR = 1 (1kCal = 4,18 kj) Eq energ O2 = 5,086 kcal / l = 21,25 k J / l si QR = 0,9 Eq energ O2 = 4,971 kcal / l = 20,77 kj / l si QR = 0,8 Eq energ O2 = 4,854 kcal / l = 20,29 kj / l si QR = 0,7

11 Détermination de l énergie métabolique : physiologie On mesure la VO 2 par calorimétrie indirecte Principe général RESPIRATION CO 2 La consommation d oxygène (VO 2 ) lors de la respiration est proportionnelle à la quantité d O 2 utilisée pour la respiration cellulaire La respiration cellulaire correspond à l oxydation des substrats énergétiques c est à dire au métabolisme énergétique O 2 CO 2 Circulation sanguine O 2 Respiration cellulaire Substrat+O 2 énergie+co 2

12 Détermination de l énergie métabolique : physiologie Des analyseurs de gaz permettent de déterminer le pourcentage d O 2 et de CO 2 Les volumes d air sont enregistrés RQ: la température et la Pa sont des paramètres qui influencent les gaz (pv = nrt)

13 Détermination de l énergie métabolique : physiologie Principe expérimental de mesure de la VO 2 % O 2 % CO 2 Air inspiré 20,9 0,0 (ambiant) Air expiré 16 4 Différences entre les pourcentages d O 2 et de CO 2 entre l air ambiant et l air expiré

14 Détermination de l énergie métabolique : physiologie Principe expérimental de mesure de la VO 2

15 Puissance : Notion de puissance : la puissance correspond à la quantité de travail fournie par unité de temps (unité, Watts (W)) : W P W P t t Interprétation graphique de la relation travail / puissance : Le travail W correspond à l aire sous la courbe de la puissance P(t).

16 Puissance : Pour des mouvements linéaires, la puissance (d une force) est égale au produit de l intensité de cette force par la vitesse : P = F v Pour des mouvement angulaires, la puissance (d un moment de force) est égale au produit de l intensité de ce moment par la vitesse angulaire : P = M ω

17 Puissance et mode de contraction musculaire : Puissance = 0 isométrique Puissance > 0 concentrique Puissance < 0 excentrique

18 Relation entre Force, Vitesse, Puissance et Travail : Exemple : lancer au baseball

19 Impulsion et quantité de mouvement : Impulsion linéaire (mouvement de translation) L impulsion linéaire est la cause du mouvement de translation et le moment linéaire (quantité de mouvement linéaire) en est l effet L impulsion linéaire (Unité : N s) est le produit de la force par sa durée d application : F = m a F t = m v 2e loi de Newton Mvt linéaire Impulsion = Moment linéaire (quantité de mouvement linéaire)

20 Impulsion et quantité de mouvement : Conservation de la Q.M.L. : Ce principe est basé sur le fait que le moment linéaire demeure inchangé tant et aussi longtemps qu aucune autre impulsion linéaire ne vient agir sur le corps. m 2 = 90 kg v 2 = 8.9 m/s m 1 v 1 = m 2 v 2 m 1 = 80 kg v 1 = 10 m/s

21 Impulsion et quantité de mouvement : Impulsion angulaire (mouvement de rotation) L impulsion angulaire est la cause du mouvement de rotation et le moment angulaire (quantité de mouvement angulaire) en est l effet L impulsion angulaire (Unité : N m s) est le produit du moment de force par sa durée d application : M = I F d = I 2e loi de Newton Mvt angulaire F d t = I Impulsion angulaire = Moment angulaire (quantité de mouvement angulaire)

22 Impulsion et quantité de mouvement : Conservation de la Q.M.A. (mouvements de rotation) : La quantité totale de mouvement angulaire (moment angulaire) entre deux positions demeure constante en absence de force externes M 1 t 1 = M 2 t 2 I 1 1 = I 2 2

23 Impulsion et quantité de mouvement : Conservation de la Q.M.A. : influence du moment d inertie Moment d inertie du corps kgm kgm 2 Le corps humain n est pas un corps rigide mouvements segmentaires Ceci induit une distribution différente de la masse autour d un axe de rotation; Donc, le moment d inertie varie autour de cet axe de rotation kgm 2

24 Impulsion et quantité de mouvement : Conservation de la Q.M.A. : influence du moment d inertie ω Temps (s) I

25 Impulsion et quantité de mouvement : Transfert de la Q.M.A. Transfert du moment angulaire en saut en hauteur et gymnastique

26 Impulsion et quantité de mouvement : Transfert de la Q.M.A. : principe de nutation Nutation ou transfert de la Q.M.A. d un plan à l autre ou d un axe de rotation à l autre.

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