Calcul de forces de réaction

Transcription

1 Calcul de forces de réaction Calculer la force musculaire, F M, du biceps brachii pour maintenir la charge et calculer la force de réaction articulaire, F C, au niveau du coude. L avant-bras et la main ont une masse de 3 kg, le centre de masse est situé à 15 cm de l articulation du coude et le bras de levier du biceps est de 5 cm. Le poids possède une masse de 6 kg. La distance du poids P au coude est 40 cm. La force musculaire F M est localisée et dirigée vers le haut (c est en tension) et les poids sont dirigés vers le bas.

2 Solution F C F M Coude + Y X P B 5 cm 15 cm P AV 40 cm P AV = 3kg x (9.8) m/s 2 = 29.4 N P B = 6kg x (9.8) m/s 2 = 58.8 N

3 Solution Système en équilibre M coude =0 (-P B x 40cm ) + (-P AV x 15 cm) + (F M x 5 cm) = 0 F M = ((58.8)(40) + (29.4)(15))/5 = 559N Pour trouver la réaction articulaire, on utilise : F =0 Fy =0 -F C + F M -P AV -P B =0 F C = = 471 N

4 Introduction à la mécanique musculaire Julien Duclay Pôle Sport - Bureau 301

5 Système neuromusculaire Cortex Aire motrice primaire Moelle épinière Motoneurone α innerve les fibres musculaires squelettiques Jonction neuromusculaire: La région de la membrane plasmique de la fibre musculaire qui se trouve directement sous la partie terminale de l axone s appelle la plaque motrice La jonction entre une terminaison axonale et la plaque motrice correspond à la jonction neuromusculaire. Muscle Ponts d actine / myosine Chez l homme, la performance du système neuromusculaire est évaluée à partir du moment maximal volontaire

6 Structure musculaire La capacité de production de force va dépendre en partie de la composition du muscle (le générateur de force) et des structures tendineuses qui transmettent la force au squelette. Composition du muscle: Les fascicules Périmysium Les fibres musculaires Endomysium La myofibrille Les sarcomères

7 Structure musculaire Le générateur de force du muscle se situe au niveau des ponts entre l actine et la myosine. Le muscle n est pas un générateur parfait de tension, en fonction des conditions de sollicitations (vitesse, longueur) sa capacité à produire une force va varier.

8 L unité motrice L axone du motoneurone α se divise en plusieurs branches au niveau du muscle. Chaque branche établi une seule jonction avec les fibres musculaires. Un seul motoneurone α innerve un grand nombre de fibres musculaires, mais chaque fibre musculaire est régie par un seul motoneurone. Un motoneurone α et les fibres musculaires qu il innerve constituent une unité motrice (UM).

9 Modes de contraction Isométrie Le muscle développe une force sans modification de sa longueur. Dans les conditions «in vitro» (muscle isolé actif) La force musculaire permet de maintenir une charge sans déplacement de celle-ci. Le muscle est sollicité dans des conditions statiques, nous avons :

10 Les propriétés mécaniques du muscle La secousse musculaire C est la réponse mécanique d une fibre musculaire à une stimulation unique du motoneurone α. La période de latence correspond au temps entre le PA et le début de la contraction du muscle. C est au cours de la période de latence que surviennent les phénomènes associés au couplage contraction excitation. Le temps de contraction : l intervalle de temps entre le début du développement de la tension (à la fin de période de latence) et le moment de tension maximale. Le temps de contraction est en relation inverse avec la vitesse de raccourcissement du sarcomère, avec la vitesse de l hydrolyse de l ATP, avec la concentration disponible du Ca++.

11 Muscle isolé Relation Force-Temps Stimulation unique maximale Secousse musculaire F/ t = Vitesse de contraction F 10 N St t 10 ms Taille du muscle, Myotypologie, processus contractile

12 Secousse musculaire & Myotypologie Chez l'homme, les fibres de type IIA et IIX ont des forces spécifiques 25 % et 40 % plus hautes que celle des fibres de type I, respectivement. Le temps de contraction est également plus court pour les fibres de type II par rapport aux fibres de type I.

13 Force (%) Le développement de la force 10 N St St 10 ms Recrutement Temporel La force musculaire dépend de la fréquence de décharge des motoneurones α. Temps (ms)

14 Relation Force-longueur La relation force-longueur est obtenue en mesurant la force maximale que le muscle peut développer pour une longueur donnée Blix (1883)

15 Muscle isolé Relation Force-longueur P 2 P 0 P 1 La force maximale dépend de la longueur du muscle. Blix (1883)

16 Modes de contraction Concentrique La force développée par le muscle permet de déplacer la charge à une certaine vitesse. Le muscle se raccourcit (les insertions du muscle se rapprochent l une de l autre). La force développée est supérieure au poids de la charge, la vitesse de déplacement de la charge est positive (orientation du repère).

17 Modes de contraction Concentrique La vitesse moyenne de ce raccourcissement est : v l t

18 Relation Force Vitesse

19 Relation Force Vitesse

20 Relation Force Vitesse

21 Relation Force Vitesse

22 Muscle isolé Relation Force-Vitesse Stimulation maximale Dépendance de la force à la vitesse P o : Force maximale isométrique V o : Vitesse maximale de raccourcissement

23 Muscle isolé Relation Force-Vitesse Force vitesse et type de fibre musculaire (d après R Bottinelli et coll 1999)

24 Modes de contraction Excentrique La force développée par le muscle est inférieure au poids de la charge Le muscle actif est étiré à une certaine vitesse. Les insertions musculaire s écartent l une de l autre, la vitesse d étirement du muscle est négative.

25 Relation force vitesse

26 Pourquoi la force maximale excentrique est la plus élevée? La force par pont est accrue Le nombre de ponts formés est plus important