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@ -0,0 +1,571 @@
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% CHAPTER %
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\chapter{Les forces}
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Avant de commencer, voici quelques définitions afin de fixer quelques notions.
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% \vspace{-0.8cm}
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\begin{definition}
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||||
Une \underline{force} est toute cause capable de déformer un corps, de créer ou de modifier le \underline{mouvement} d'un corps.
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||||
Elle s'exprime en Newtons (N).\par
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||||
\end{definition}
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||||
\begin{definition}
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||||
Le \underline{mouvement} est variation de la position d'un point, d'un solide d'un système, étudié dans un \underline{référentiel} donné, en fonction du temps.\par
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||||
\end{definition}
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\begin{definition}
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||||
Un \underline{référentiel} (ou repère) est un système de coordonnées de l'espace-temps lié à un observateur, composé de trois coordonnées d'espace et d'une coordonnée de temps, utilisé pour définir les notions de position, de vitesse et d'accélération.\par
|
||||
\end{definition}
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||||
\begin{definition}
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||||
La \underline{trajectoire} est la courbe décrite par un point d'un corps lors de ses positions successives au cours du temps.\par
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||||
\end{definition}
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\vspace{0.4cm}
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\section{Caractéristiques d'une force}
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Les forces sont schématisées par des flèches appelées vecteurs. Ce mode de représentation permet de stocker dans un dessins très simple les quatre caractéristiques de l'action d'une force :
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\begin{itemize}
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\item point d'application : endroit où la force agit.
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\item droite d'action : droite suivant laquelle va s'exercer la force.
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\item sens : positif ou négatif suivant si elle agit dans le sens ou contre le mouvement.
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\item intensité : grandeur de la force.\bigskip
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\end{itemize}
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\begin{figure}[h!]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{../Img/definition_force.png}
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\end{figure}
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||||
Le symbole $\vec{F}$ utilisé pour désigner une force rappelle le caractère vectoriel de cette grandeur physique.\bigskip
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En biomécanique, nous distinguerons :
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\begin{itemize}
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\item les \textbf{forces internes} : qui sont des actions musculaires sur les leviers osseux,
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\item les \textbf{forces externes} : qui sont des contraintes liant le corps à l'environnement (gravitation, frottements, réactions, actions d'autrui, \ldots).
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||||
\end{itemize}
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\vspace{0.4cm}
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\section{Composition d'une force}
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||||
Si un corps est soumis à plusieurs forces $\vec{F_1}, \vec{F_2}, …, \vec{F_n}$ en même temps, l’effet résultant est le même que si on n’avait qu’une seule force $\sum \vec{F}$, appelée \textit{résultante}.\medskip
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||||
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||||
\begin{definition}
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||||
On appelle (force) résultante la force correspondant à la somme vectorielle de tous les vecteurs forces qui s’appliquent à un corps.
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\[\sum \vec{F} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \ldots + \vec{F_n}\]
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\end{definition}
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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||||
Pour trouver la résultante $\sum\vec{F}$ de deux forces $\color{blue}\vec{F_1}$ et $\color{green}\vec{F_2}$, il faut translater les vecteurs tel que l’origine du second vecteur soit placée à l’extrémité du premier (ou inversement). En reliant l’origine du premier vecteur à l’extrémité du second vecteur, nous obtenons la résultante.
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\end{minipage}
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\hfill
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\begin{minipage}[t]{.49\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.6]{../Img/composition_de_force.png}
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\end{minipage}
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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\vspace{0.5cm}
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||||
La résultante $\color{red}\vec{F_3}$ de deux forces, $\color{blue}\vec{F_1}$ et $\color{green}\vec{F_2}$, est donc la diagonale du parallélogramme dont ces deux forces constituent deux côtés consécutifs.
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\vspace{0.5cm}
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||||
\[\color{red}\vec{F_3} \color{black}= \color{blue}\vec{F_1} \color{black}+ \color{green}\vec{F_2}\]
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||||
\end{minipage}
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||||
\hfill
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||||
\begin{minipage}[t]{.49\linewidth}
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||||
\centering
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||||
\includegraphics[scale=0.6]{../Img/Parallelogramme_des_forces.png}
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\end{minipage}
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||||
En biomécanique, le plus souvent, son point d'application est ramené au \textit{centre de gravité} du corps.
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||||
\section{Décomposition d'une force}
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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||||
\centering
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\includegraphics[scale=0.70]{../Img/decomposition_force.png}
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\end{minipage}
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\hfill
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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||||
A l'inverse, une force $\color{red}\vec{F}$ peut être décomposée en deux forces composantes $\color{blue}\vec{F_y}$ et $\color{green}\vec{F_x}$, pour lesquelles les directions verticale $\color{blue}y$ et horizontale $\color{green}x$ sont souvent choisies avec :
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item[] $\color{blue}\vec{F_y} \color{black}= \color{red}\vec{F} \color{black}\times \sin \color{orange}\beta$
|
||||
\item[] $\color{green}\vec{F_x} \color{black}= \color{red}\vec{F} \color{black}\times \cos \color{orange}\beta$
|
||||
\end{itemize}
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||||
\end{minipage}
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||||
\newpage
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||||
\subsection*{Multiplication de force}
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\begin{definition}
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||||
le produit vectoriel, noté $\wedge$, de deux vecteurs $\vec{a}$ et $\vec{b}$ non colinéaires se définit comme l'unique vecteur $\vec{c}$ tel que :
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item le vecteur $\vec{c}$ est orthogonal aux deux vecteurs donnés ;
|
||||
\item $\parallel\vec{c}\parallel = \parallel\vec{a}\parallel ~ \parallel\vec{b}\parallel ~ |sin (\widehat{\vec{a}, \vec{b}})|$
|
||||
\item la base $(\vec{a}, \vec{b}, \vec{c})$ est de sens direct,
|
||||
\end{itemize}
|
||||
et le produit vectoriel de deux vecteurs colinéaires est nul par définition.
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||||
\end{definition}
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% \subsubsection*{Simplification}
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% Comme nous travaillons dans un espace à trois dimensions $(a, b, c)$ dans lequel chaque axe est \underline{orthogonal} aux deux autres et que les forces peuvent être décomposées dans ces trois dimensions, $|sin (\widehat{\vec{a}, \vec{b}})|$ vaudra souvent soit $1$ soit $-1$.
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\subsubsection*{Sens direct}
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La multiplication de deux nombres $x$ et $y$ est symétrique.
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Cela signifique que :
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\[x \times y = y \times x\]
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Pour la multiplication de vecteur ce n'est pas le cas : multiplier $\vec{a}$ par $\vec{b}$ n'équivaut pas à multiplier $\vec{b}$ par $\vec{a}$
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||||
\[\vec{a} \wedge \vec{b} \neq \vec{b} \wedge \vec{a}\]
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||||
Le \underline{sens direct} de l'espace correspond au mouvement d'une vis.\medskip
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\begin{minipage}[c]{.54\linewidth}
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Prenons le dessin de droite comme exemple.\medskip
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A l'aplomb du plan formé par $\vec{a}$ et $\vec{b}$, si pour aller de $\vec{a}$ à $\vec{b}$ nous tournons dans le sens \underline{inverse} des aiguille d'une montre (nous dévissons) $\vec{c}$~sort (monte/se retire) du plan $ab$ par le haut.\medskip
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||||
Par contre si nous multiplions $\vec{b}$ par $\vec{a}$ (c-à-d. nous allons de $\vec{b}$ vers $\vec{a}$), nous tournons dans le sens des aiguilles d'une montre, le résultat ($-\vec{c}$) s'enfonce (descend) dans le plan $ab$.
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\end{minipage}
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\hfill
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\begin{minipage}[c]{.44\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/multiplication_vectorielle.png}
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\end{minipage}
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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\centering
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||||
\includegraphics[scale=0.6]{../Img/sens_multiplication_vect.png}
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\end{minipage}
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\hfill
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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||||
Comment être sûr de bien orienter $\vec{c}$ ?\medskip
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||||
Considérons une main \underline{droite}. Si $\vec{a}$ est l'index et $\vec{b}$ le majeur, la multiplication de $\vec{a}$ par $\vec{b}$ ($\vec{a} \wedge \vec{b}$) en \underline{base directe} sera $\vec{c}$ qui lui aura la direction du pouce.
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||||
\end{minipage}
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\newpage
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\section{Moment d'une force}
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\vspace{-0.2cm}
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||||
% Représenter le moment d'une force, schématiquement
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\begin{definition}
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||||
Le moment d'une force $\vec{F}$ par rapport à un point est l'aptitude de cette force à faire tourner un système mécanique autour de ce point (appelé pivot).
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\end{definition}
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||||
En d'autres termes, le moment d'une force est l'efficacité de celle-ci à faire tourner un objet par rapport à un point donné.
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||||
En physique, la notion de \textit{moment} fait donc toujours référence à une \textit{rotation}.\bigskip
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\vspace{-0.2cm}
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\[\mybox{\vec{\mathcal{L}} = \vec{F} \wedge \vec{d}}\]
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Où :
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\begin{itemize}
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\item $\vec{\mathcal{L}}$ : moment de force ($\| \mathcal{L} \|$ : intensité de moment)
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\item $\vec{F}$ : force ($\|F\|$ : intensité de la force)
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||||
\item $\vec{d}$ : bras de levier de la force ($d$ : longueur du bras de levier)
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||||
\item $\beta$ : angle entre le bras de levier et la force\par\bigskip
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\end{itemize}
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\vspace{-0.2cm}
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||||
\[\mybox{\| \vec{\mathcal{L}} \| = \| \vec{F} \| \times d \times \sin \beta}\]\bigskip
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||||
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||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
Il est donc possible d'augmenter le moment d'une force en jouant sur l'angle entre le bras de levier et la force ou en augmentant soit l'intensité de la force, soit le bras de levier.
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||||
\end{minipage}
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||||
\hfill
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||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/moment_force.png}
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\end{minipage}
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\vspace{0.6cm}
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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||||
\centering
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\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/moment_de_force.png}
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\end{minipage}
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||||
\hfill
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\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
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||||
Donc lorsque l'angle $\beta$ vaut $0\degree$ ou $180\degree$, le moment de force est nul. Quand il vaut $90\degree$ ou $270\degree$ le moment de force est maximal. C'est constatable intuitivement : si on tire ou qu'on pousse sur une porte dans la direction de sa largeur, elle ne va pas tourner.
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||||
\end{minipage}
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\newpage
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||||
\begin{morebox}
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\subsubsection*{Les leviers}
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Les leviers sont traditionnellement séparés en trois classes suivant la position du point d'appui et des forces :
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\begin{itemize}
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\item levier inter-appui,
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||||
\item levier inter-résistant et
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||||
\item levier inter-moteur.
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\end{itemize}
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\vspace{1cm}
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\textbf{\underline{Levier inter-appui}}\par
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\vspace{0.1cm}
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\begin{minipage}[t]{.29\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.4]{../Img/levier_inter_appui.png}
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\end{minipage} \hfill
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\begin{minipage}[b]{.69\linewidth}
|
||||
Le point d'appui est situé entre les deux forces.\medskip
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||||
Exemples : le muscle triceps brachial du bras, un frein à main de vélo, un pied-de-biche (côté incurvé), un arrache-clou, une pince-tenaille, des ciseaux, un diable, un mors, un trébuchet, une balance.\medskip
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||||
\end{minipage}
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\vspace{1cm}
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\textbf{\underline{levier inter-résistant}}\par
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\vspace{0.2cm}
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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La résistance est située entre l’articulation et le point d’application de la force.
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||||
Moins fréquent dans l’organisme, il est souvent impliqué dans des mouvements précis et de faible amplitude.
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||||
Le muscle développant la force possède une insertion sur le levier fixe, proche de l’articulation, et une insertion sur le levier mobilisé très éloigné de l’articulation.\medskip
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||||
Exemples : une porte, un casse-noix, un tremplin de plongeon, une brouette, une clef, un dé-capsuleur, un pied-de-biche (côté droit), \ldots
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\end{minipage} \hfill
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/levier_inter_resistant.png}
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\end{minipage}
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\vspace{1cm}
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\textbf{\underline{levier inter-moteur}}\par % inter-puissant
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\vspace{0.2cm}
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/levier_inter_moteur.png}
|
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\end{minipage} \hfill
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\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
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||||
le point d’application de la force musculaire est situé entre l’articulation et la résistance.
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||||
Le point d’application de la force $\vec{F}$ correspond au point d’insertion du muscle sur le levier mobile.\medskip
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Dans l’exemple de la course, les muscles postérieurs de la cuisse agissent sur la jambe.
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le mouvement de la jambe sur la cuisse mobilise l’articulation du genou.
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||||
Un tel levier permet donc à un muscle d’engendrer un déplacement rapide des extrémités du membre, pour un petit raccourcissement.
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\end{minipage}
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\medskip
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||||
Par contre cet avantage dynamique nécessite en contre partie une forte action musculaire $\vec{F}$, pour une faible résistance $\vec{R}$, parce que $d_1$ est bien inférieur a $d_2$.\medskip
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||||
Exemples : le muscle biceps brachial, une batte de baseball, une fronde, une pagaie, un balai, une canne à pêche, une crosse de hockey, brucelles et pince à chiqueter, un coupe-ongles, un piège à souris, une pelle, une agrafeuse, une houe, une faux.\medskip
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||||
\end{morebox}
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|
||||
\newpage
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||||
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||||
\section{Corps}
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\subsection{Masse d'un corps}
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||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
La masse (notée $m$ et exprimée en kg) d'un corps mesure la quantité de matière constituant ce corps, c'est à dire la masse des particules qui constituent ce corps.
|
||||
\end{definition}
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||||
Cette quantité de matière est invariable quel que soit l'endroit où se trouve l'objet dans l'Univers, et quelles que soient les forces qui s'exercent sur lui.
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||||
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||||
\subsection{Poids d'un corps}
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||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
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||||
Force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\end{definition}
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||||
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||||
Sur terre, le poids se calcule par la formule suivante :
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||||
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||||
\[\mybox{\vec{P} = m \times \vec{g}}\]
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Où :
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\begin{itemize}
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||||
\item $\vec{P}$ : poids du corps (en $N$)
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||||
\item $m$ : masse du corps (en $kg$)
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||||
\item $\vec{g}$ : constante de pesanteur (à la surface de la Terre : $9,81\ m/s^2$)\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
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||||
La pesanteur terrestre est une accélération verticale, dirigée vers le bas, qui s'applique sur tous les corps possédant une masse et situés au voisinage de la Terre.
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||||
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||||
\subsection{Corps isolé}
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||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Un corps isolé est un corps sur lequel ne s'exerce aucune force.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\medskip
|
||||
|
||||
\subsection{Corps pseudo-isolé}
|
||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Un corps isolé est un corps sur lequel la résultante des forces s'exerçant sur lui est nulle
|
||||
\end{definition}
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
\section{Centre de gravité}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le centre de gravité ($CG$) est le point théorique d'application de la résultante des actions de la pe\-san\-teur sur toutes les parties du corps.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\medskip
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||||
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||||
Le corps humain est de densité non uniforme et de forme irrégulière : pour une personne en station debout, le centre de gravité se situe approximativement en avant de la troisième vertèbre lombaire (en direction du nombril).
|
||||
Ce point n'est jamais fixe, il varie en fonction de la position du corps.
|
||||
C'est un point virtuel qui n'a donc pas d'existence physique réelle.\medskip
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{figure}[ht!]
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||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/centreGravite.png}
|
||||
\end{figure}
|
||||
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||||
% Rajouter quelques images de centre de gravité !
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||||
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||||
En gymnastique, comme dans la vie courante, le corps humain peut adopter différentes postures (debout, assis, groupé, carpé, tendu, \ldots).
|
||||
Le $CG$ se déplace suivant la position des différentes parties du corps car les masses se répartissent différemment.
|
||||
Il peut même arriver qu'il se situe en dehors du corps.\par
|
||||
|
||||
\section{Axes et plans}
|
||||
Pour décrire les mouvements du corps humain, trois plans imaginaires orientés perpendiculairement les uns aux autres sont utilisés :\bigskip
|
||||
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||||
\begin{minipage}[c]{.30\linewidth}
|
||||
•\ Frontal\par
|
||||
\vspace{2cm}
|
||||
•\ \textbf{Sagittal}\par
|
||||
\vspace{2cm}
|
||||
•\ \textbf{Transversal}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.68\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
% \includegraphics[scale=0.29]{../Img/plans.png}
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/plans.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\vspace{0.5cm}
|
||||
|
||||
Lorsque l'on observe le corps humain de face ou de profil, sa forme peut être projetée sur une surface plane que l'on appelle un plan.
|
||||
Ce sont les plans anatomiques du corps humain :
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||||
\begin{itemize}
|
||||
\item plan frontal : vue de face, divise le corps humain en deux parties, antérieure et postérieure
|
||||
\item plan sagittal : vue de profil, partage le corps en deux parties, droite et gauche
|
||||
\item plan transversal : vue de haut, divise la partie supérieure et inférieure du corps)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
Il est également possible d'utiliser trois axes pour décrire les mouvements du corps.
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
•\ \textbf{Longitudinal}\par
|
||||
\vspace{1.5cm}
|
||||
•\ \textbf{Sagittal}\par
|
||||
\vspace{1.5cm}
|
||||
•\ \textbf{Transversal}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/axes_rotation.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
Ils correspondent aux plans anatomiques du corps humain :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item L'axe longitudinal passe par la tête et les pieds (vrille – pirouette)
|
||||
\item L'axe sagittal passe par le ventre et le dos (roue – japonais)
|
||||
\item L'axe transversal passe par les hanches (rotation avant – arrière)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Autour de ces axes, les rotations sont :\par
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\vspace{1cm}
|
||||
A : \textbf{Longitudinales}\par
|
||||
\vspace{3.5cm}
|
||||
B : \textbf{Sagittales}\par
|
||||
\vspace{3.5cm}
|
||||
C : \textbf{Transversales}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/rotation_longitudinale.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/costal.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/exemple_rotation_transversale.png}
|
||||
\end{minipage}
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||||
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||||
\newpage
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||||
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||||
\section{Lois de Newton}
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||||
\subsection{\texorpdfstring{$1^{ere}$}~ loi de Newton : Principe d'inertie}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état.
|
||||
\end{definition}
|
||||
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||||
\vspace{0.2cm}
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||||
|
||||
En relativité restreinte, l'inertie d'un corps peut être calculée par la formule suivante :
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\[\mybox{I = \frac{m}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $m$ : masse ($kg$)
|
||||
\item $v$ : vitesse de l'objet ($m/s$)
|
||||
\item $c$ : vitesse de la lumière ($m/s$)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
A notre niveau, même en mouvement (sprint humain $\sim$ 45km/h), la formule peut s'approximer à :
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||||
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||||
\[\mybox{I \simeq m}\]
|
||||
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
|
||||
L'inertie peut être vue comme la tendance d'un corps à résister à une modification de son état de repos ou de mouvement \underline{rectiligne} uniforme (MRU).
|
||||
Donc, pour un corps isolé ou corps pseudo-isolé, l'accélération (linéaire) est nulle (i.e. sa direction et sa vitesse sont constantes).
|
||||
La masse (inertielle) $m$ d'un corps est la mesure de son inertie de translation (i.e. de sa résistance à une accélération en ligne droite).\bigskip
|
||||
|
||||
% \subsubsection*{Corollaire : Inertie}
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||||
% Elle représente l'opposition qu'offre un corps à voir changer son état de mouvement de translation.
|
||||
% En rotation, c'est le moment d'inertie $I$ d'un système qui représente la mesure de l'opposition qu'offre ce système à voir changer son état de mouvement de rotation autour d'un axe (accélération angulaire).
|
||||
|
||||
\subsubsection*{Corollaire : Moment d'inertie}
|
||||
L'inertie est donc la tendance d'un corps à résister à sa mise en mouvement ou la modification de son mouvement.
|
||||
Pour la tendance d'un corps à résister à sa mise en mouvement angulaire (rotation), nous parlons de \textit{moment d'inertie}.
|
||||
Le moment d'inertie caractérise également la géométrie des masses d'un solide, c'est-à-dire la répartition de la matière en son sein.
|
||||
% C'est l'analogue pour un solide de la masse inertielle qui, elle, mesure la résistance d'un corps soumis à une accélération linéaire.
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le moment d'inertie d'un corps quantifie la résistance de ce corps à une accélération angulaire (à sa mise en rotation).
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
Le moment d'inertie peut être formulée telle que :
|
||||
|
||||
\[\mybox{\vec{I} = m \times \vec{r^{2}}}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $\vec{I}$ : moment d'inertie (en kg.m$^2$)
|
||||
\item $m$ : masse ($kg$)
|
||||
\item $r$ : distance par rapport à l'axe de rotation ($m$)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
% Nous utiliserons le moment d'inertie dans le syllabus de biomécanique (dans les chapitres sur les \textit{rotations transversales} le \textit{controle de rotations}).
|
||||
|
||||
\newpage
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||||
|
||||
\subsection{\texorpdfstring{$2^{eme}$}~ loi de Newton : Principe fondamental de la dynamique}
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||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
L'accélération subie par un corps (dans un référentiel galiléen) est proportionnelle à la résultante des forces qu'il subit, et inversement proportionnelle à sa masse $m$.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
Pour les mouvements linéaires, la deuxième loi de Newton peut être exprimé par l'équation :
|
||||
|
||||
\[\mybox{\vec{F} = m \times \vec{a}}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $\vec{F}$ : intensité de la force ($N$)
|
||||
\item $m$ : masse du corps ($kg$)
|
||||
\item $\vec{a}$ : accélération du corps ($m/s^2$)\par\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\subsubsection*{Corollaire : Moment et accélération angulaire}
|
||||
Le principe fondamental de la dynamique pour un solide en rotation dit que son moment de force externe à laquelle il est soumis est égale au produit de son moment d’inertie et de son accélération angulaire.
|
||||
|
||||
\[\mybox{\vec{\mathcal{L}} = \vec{I} \times \alpha}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $\vec{\mathcal{L}}$ : moment (N.m)
|
||||
\item $\vec{I}$ : moment d'inertie (en kg.m$^2$)
|
||||
\item $\alpha$ : accélération angulaire (rad.s$^{-2}$)
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\begin{morebox}
|
||||
Par définition, nous avons :
|
||||
|
||||
\[ \vec{\mathcal{L}} = \vec{F_t} \times \vec{r} \]
|
||||
|
||||
Par la première loi de Newton, nous avons :
|
||||
|
||||
\[ \vec{F_t} = m \times \vec{a_t} ~~\rightarrow~~ \vec{\mathcal{L}} = m \times \vec{a_t} \times \vec{r} \]
|
||||
|
||||
Si $r$ est non nul :
|
||||
|
||||
\[ \vec{\mathcal{L}} = m \times r^2 \times \frac{\vec{a_t}}{r} \]
|
||||
|
||||
Or, par définition du moment d'inertie :
|
||||
|
||||
\[ \vec{I} = m \times r^2 \]
|
||||
|
||||
Et par définition de l'accélération tangentielle :
|
||||
|
||||
\[ \frac{\vec{a_t}}{r} = \alpha \]
|
||||
|
||||
Donc
|
||||
|
||||
\[ \vec{\mathcal{L}} = \vec{I} \times \alpha \]
|
||||
\end{morebox}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsection{\texorpdfstring{$3^{eme}$}s~loi de Newton : Principe d'action-réaction}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
|
||||
En d'autres termes, lorsqu'un corps exerce une force sur un autre, le second exerce lui aussi une force égale en grandeur et de même direction, mais de sens opposé sur le premier.
|
||||
Plus simplement, chaque action déclenche une réaction égale et de sens opposé : pour chaque action $\vec{F}$, il existe une réaction $\vec{R}$.\par
|
||||
|
||||
Exemples :\par
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
Rebond d'un ballon\par
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
ATR rebond\par
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/rebondBallon.png}\par
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.4]{../Img/rebondATR.png}\par
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
Cette loi est également connue sous le nom de la \textit{loi des actions réciproques}.
|
||||
Nous en reparlerons dans le chapitre relatif à \textit{la dynamique} dans le syllabus de biomécanique.
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{knowledgebox}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la masse
|
||||
\item le poids
|
||||
\item le centre de gravité
|
||||
\item une force
|
||||
\item le moment d'une force
|
||||
\item les 3 plans
|
||||
\item les 3 axes
|
||||
\item les 3 rotations
|
||||
\item les 3 lois de Newton
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{knowledgebox}
|
||||
|
||||
\begin{skillsbox}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item calculer un poids
|
||||
\item décomposer une force
|
||||
\item additionner des forces
|
||||
\item calculer un moment de force
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{skillsbox}
|
||||
|
||||
% Le moment d'inertie est une grandeur physique qui caractérise la géométrie des masses d'un solide, c'est-à-dire la répartition de la matière en son sein.
|
||||
% Il quantifie également la résistance à une mise en rotation de ce solide (ou plus généralement à une accélération angulaire), et a pour dimension M·L² (le produit d'une masse et du carré d'une longueur, qui s'exprime en kg·m² dans le S.I.).
|
||||
% C'est l'analogue pour un solide de la masse inertielle qui, elle, mesure la résistance d'un corps soumis à une accélération linéaire.
|
||||
|
|
@ -0,0 +1,47 @@
|
|||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
% CHAPTER %
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
\chapter{Introduction}
|
||||
\section{Pourquoi maîtriser la mécanique de base ?}
|
||||
Comprendre en profondeur des gestes techniques n'est possible qu'avec des connaissances biologiques (anatomie, physiologie, \ldots) et mécaniques. La compréhension et la correction d'un mouvement suppose la connaissance des forces qui le créent, le modifient et l'arrêtent tout comme celles permettant le maintien des positions.\par
|
||||
|
||||
\subsection*{Physique}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Science fondamentale étudiant les phénomènes naturels de l'Univers :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Description de phénomènes (formuler les lois)
|
||||
\item Prédiction de comportements naturels\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\subsection*{Mécanique}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Partie de la physique qui consiste à construire un modèle permettant d'effectuer des prédictions concernant l'état de repos ou de mouvement des corps sous l'action des forces auxquelles ils sont soumis.\par
|
||||
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
\noindent La mécanique se divise en quatre parties :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la statique : étude des conditions d'équilibre d'un corps sous l'effet de forces
|
||||
\item la cinématique : étude des mouvements des corps, abstraction faite des forces qui les produisent (correspond à l'analyse technique descriptive de l'élément)
|
||||
\item la cinétique : étude des mouvements
|
||||
\item la dynamique : étude des relations entre les forces et les mouvements\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
L'enseignement de la mécanique (et de la biomécanique) développe :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la logique de pensée,
|
||||
\item la capacité analytique,
|
||||
\item le sens physique et
|
||||
\item l'apprentissage de la modélisation d'un problème, appliquée aux sciences de la motricité.\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
\section{Pratique}
|
||||
A la fin de ce syllabus vous trouverez des questions et des exercices de réflexion pour vous aider à évaluer vos connaissances et compréhension de la matière abordée mais aussi pour vous aider à vous préparer à l'examen. Si vous n'arrivez pas à y répondre, demander de l'aide à un formateur.\bigskip
|
||||
|
||||
\begin{dangerbox}{Mise en garde}
|
||||
Les dessins utilisés pour ce syllabus sont présents pour faciliter la compréhention des concepts abordés. Pour ce faire, certains d'entre eux ont été simplifiés, exagérés, \ldots et \underline{\textbf{ne doivent pas}} être pris au sens strict.
|
||||
\end{dangerbox}
|
||||
|
|
@ -0,0 +1,251 @@
|
|||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
% CHAPTER %
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
\chapter{Pratique}
|
||||
Voici des questions pour vous aider à évaluer vos connaissances et compréhension de la matière abordée mais aussi pour vous aider à vous préparer à l'examen.
|
||||
Vous devez être capable de répondre à chaque question séparément sans tenir compte d'informations potentiellement données par des questions précédentes.
|
||||
Si vous n'y arrivez pas, prenez contact avec la FfG ou votre formateur pour demander de l'aide concernant les sujets qui vous bloquent.\medskip
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 1}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Une force est caractérisée par :
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Une origine, une direction et une intensité.
|
||||
\item Un point d'application, une origine, un sens et une valeur.
|
||||
\item Un point d'application, une ligne d'action, une direction et une intensité.
|
||||
\item Un point d'application, un sens et une intensité.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 2}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lorsque deux forces ($\vec{F_1}$ et $\vec{F_2}$) ont le même point d’application, la même direction et la même intensité $F$ mais que le sens est opposé, quelle sera la résultante ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $F^2$
|
||||
\item $2F$
|
||||
\item $0$
|
||||
\item $\sqrt{2}F$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 3}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition d'un moment de force ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un moment d'une force est la rotation engendrée par un ensemble de forces appliquées à un corps dont la résultante est nulle mais qui met le corps en rotation.
|
||||
\item Un moment d'une force est l'aptitude de cette force à faire tourner un système mécanique autour d'un point.
|
||||
\item Un moment d'une force est la somme vectorielle de toutes les forces que subit un corps.
|
||||
\item Un moment d'une force et le temps pendant lequel la force s'applique sur le corps étudié.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 4}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quel effet de la force est exprimé par son moment ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Une rotation
|
||||
\item Le mouvement du corps
|
||||
\item Une variation de sa vitesse (accélération)
|
||||
\item l'énergie fournie par cette force lorsque son point d'application se déplace (l'objet subissant la force se déplace ou se déforme)
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 5}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Comment optimiser l'effet de rotation d'une force de faible intensité ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Appliquer la force perpendiculairement au mouvement
|
||||
\item Appliquer la force perpendiculairement au mouvement et loin de l'axe de rotation
|
||||
\item Appliquer un couple de forces
|
||||
\item Appliquer la force que un corps le plus grand possible
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 6}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
L'intensité d'un moment de force est maximum lorsque la force est alignée avec le bras de levier.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Vrai
|
||||
\item Faux
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 7}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Le moment d'une force est maximum lorsque la force forme les angles suivants avec le bras de levier :
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $45\degree$ et $135\degree$
|
||||
\item $90\degree$ et $270\degree$
|
||||
\item $0\degree$ et $180\degree$
|
||||
\item $60\degree$ et $120\degree$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 8}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition de la masse d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item La masse d'un corps mesure la quantité de matière constituent ce corps.
|
||||
\item La masse d'un corps est le point théorique d'application des forces sur ce corps.
|
||||
\item La masse d'un corps désigne la force d'attraction qu'exerce un astre sur ce corps.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 9}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition du poids d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Le poids du corps est le point théorique d'application des forces sur ce corps.
|
||||
\item Le poids du corps mesure la quantité de matière constituent ce corps.
|
||||
\item Le poids du corps est la force qu'exerce ce corps sur un soutient (le sol, un agrès, …)
|
||||
\item Le poids du corps est la force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 10}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la formule du poids du corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $P = mgh$
|
||||
\item $P = \nicefrac{1}{2}~ mh$
|
||||
\item $P = mg$
|
||||
\item $P = \nicefrac{1}{2}~ mv^2$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 11}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition du Centre de Gravité (CdG) d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Le centre de gravité mesure la quantité de matière constituant ce corps.
|
||||
\item Le centre de gravité est la force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\item Le centre de gravité est le point théorique où se situe la masse d'un corps.
|
||||
\item Le centre de gravité est le point théorique d'application de la résultante des forces sur un corps.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 12}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quel(s) est/sont le(s) "rôle(s)" du centre de gravité dans le mouvement ? (plusieurs réponses possibles)
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Avoir du poids dans les calculs.
|
||||
\item Être au centre du référentiel considéré.
|
||||
\item Décrire le mouvement/trajectoire global(e) du solide.
|
||||
\item Être le point d'application des forces.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 13}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Qu'est ce qu'un corps isolé ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un corps qui ne touche rien.
|
||||
\item Un corps seul dans un référentiel.
|
||||
\item Un corps sur lequel aucune force ne s'exerce.
|
||||
\item Un corps immobile.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 14}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-il être en mouvement rectiligne uniforme (MRU) ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 15}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-il être en mouvement rectiligne uniforme accéléré (MRUA) ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 16}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-être en rotation ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 17}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Qu'est ce qu'un corps pseudo-isolé ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un corps en contact avec un seul autre corps.
|
||||
\item Un corps sur lequel ne s'exerce qu'une seule force.
|
||||
\item Un corps sur en équilibre stable.
|
||||
\item Un corps pour lequel la résultante des forces est nulle.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 19}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-il être en mouvement rectiligne uniforme (MRU) ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 20}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-il être en mouvement rectiligne uniforme accéléré (MRUA) ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 21}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps pseudo-isolé peut-il être en rotation ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 22}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quels sont les trois plans anatomiques ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal, costal et coronal.
|
||||
\item Longitudinal, coronal et transversal.
|
||||
\item Frontal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, sagittal et transversal.
|
||||
\end{enumerate}
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\subsection*{Question 23}
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\vspace{-0.4cm}
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||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : antérieurs et postérieure ?
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||||
\begin{enumerate}
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||||
\item Frontal.
|
||||
\item Longitudinal.
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||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
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||||
\end{enumerate}
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||||
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||||
\subsection*{Question 24}
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\vspace{-0.4cm}
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||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : droite et gauche ?
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||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal.
|
||||
\item Coronal.
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||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
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||||
\subsection*{Question 25}
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||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : supérieure et inférieure ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal.
|
||||
\item Longitudinal.
|
||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
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||||
\subsection*{Question 26}
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||||
\vspace{-0.4cm}
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||||
Quels sont les trois type de rotations ?
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||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Avant, arrière, vrille.
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||||
\item Frontale, sagittale et horizontale.
|
||||
\item Longitudinale, sagittale et transversale.
|
||||
\end{enumerate}
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||||
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||||
\subsection*{Question 27}
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||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quels sont les trois axes de rotations ?
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||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, coronal et transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
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@ -42,780 +42,9 @@
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|||
\newpage
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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% CHAPTER %
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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\chapter{Introduction}
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||||
\section{Pourquoi maîtriser la mécanique de base ?}
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||||
Comprendre en profondeur des gestes techniques n'est possible qu'avec des connaissances biologiques (anatomie, physiologie, \ldots) et mécaniques. La compréhension et la correction d'un mouvement suppose la connaissance des forces qui le créent, le modifient et l'arrêtent tout comme celles permettant le maintien des positions.\par
|
||||
|
||||
\subsection*{Physique}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Science fondamentale étudiant les phénomènes naturels de l'Univers :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Description de phénomènes (formuler les lois)
|
||||
\item Prédiction de comportements naturels\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\subsection*{Mécanique}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Partie de la physique qui consiste à construire un modèle permettant d'effectuer des prédictions concernant l'état de repos ou de mouvement des corps sous l'action des forces auxquelles ils sont soumis.\par
|
||||
|
||||
\bigskip
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||||
|
||||
\noindent La mécanique se divise en quatre parties :
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||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la statique : étude des conditions d'équilibre d'un corps sous l'effet de forces
|
||||
\item la cinématique : étude des mouvements des corps, abstraction faite des forces qui les produisent (correspond à l'analyse technique descriptive de l'élément)
|
||||
\item la cinétique : étude des mouvements
|
||||
\item la dynamique : étude des relations entre les forces et les mouvements\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
L'enseignement de la mécanique (et de la biomécanique) développe :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la logique de pensée
|
||||
\item la capacité analytique
|
||||
\item le sens physique
|
||||
\item l'apprentissage de la modélisation d'un problème, appliquée aux sciences de la motricité.\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
\section{Pratique}
|
||||
A la fin de ce syllabus vous trouverez des questions et des exercices de réflexion pour vous aider à évaluer vos connaissances et compréhension de la matière abordée mais aussi pour vous aider à vous préparer à l'examen.\bigskip
|
||||
|
||||
\begin{dangerbox}{Mise en garde}
|
||||
Les dessins utilisés pour ce syllabus sont la pour faciliter la compréhention des concepts abordés. Pour ce faire certains d'entre eux ont été simplifiés, exagérés, \ldots et \underline{\textbf{ne doivent pas}} être pris stricto sensu.
|
||||
\end{dangerbox}
|
||||
|
||||
|
||||
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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||||
% CHAPTER %
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||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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||||
\chapter{Les forces}
|
||||
\vspace{-0.8cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Une force est toute cause capable de déformer un corps, de créer ou de modifier le mouvement d'un corps.
|
||||
Elle s'exprime en Newtons (N).\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le mouvement est variation de la position d'un point, d'un solide d'un système, étudié dans un référentiel donné, en fonction du temps.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Un référentiel (ou repère) est un système de coordonnées de l'espace-temps lié à un observateur, composé de trois coordonnées d'espace et d'une coordonnée de temps, utilisé pour définir les notions de position, de vitesse et d'accélération.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
La trajectoire est la courbe décrite par un point d'un corps lors de ses positions successives au cours du temps.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\vspace{0.4cm}
|
||||
|
||||
\section{Caractéristiques d'une force}
|
||||
Les forces sont schématisées par des flèches appelées vecteurs. Ce mode de représentation permet de stocker dans un dessins très simple les quatre caractéristiques de l'action d'une force :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item point d'application : endroit où la force agit.
|
||||
\item droite d'action : droite suivant laquelle va s'exercer la force.
|
||||
\item sens : positif ou négatif suivant si elle agit dans le sens ou contre le mouvement.
|
||||
\item intensité : grandeur de la force.\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\begin{figure}[h!]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.3]{../Img/definition_force.png}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
Le symbole $\vec{F}$ utilisé pour désigner une force rappelle le caractère vectoriel de cette grandeur physique.\bigskip
|
||||
|
||||
En biomécanique, nous distinguerons :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item les \textbf{forces internes} : qui sont des actions musculaires sur les leviers osseux,
|
||||
\item les \textbf{forces externes} : qui sont des contraintes liant le corps à l'environnement (gravitation, frottements, réactions, actions d'autrui, \ldots).
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\vspace{0.4cm}
|
||||
|
||||
\section{Composition d'une force}
|
||||
Si un corps est soumis à plusieurs forces $\vec{F_1}, \vec{F_2}, …, \vec{F_n}$ en même temps, l’effet résultant est le même que si on n’avait qu’une seule force $\sum \vec{F}$, appelée \textit{résultante}.\medskip
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
On appelle (force) résultante la force correspondant à la somme vectorielle de tous les vecteurs forces qui s’appliquent à un corps.
|
||||
\[\sum \vec{F} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \ldots + \vec{F_n}\]
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
Pour trouver la résultante $\sum\vec{F}$ de deux forces $\color{blue}\vec{F_1}$ et $\color{green}\vec{F_2}$, il faut translater les vecteurs tel que l’origine du second vecteur soit placée à l’extrémité du premier (ou inversement). En reliant l’origine du premier vecteur à l’extrémité du second vecteur, nous obtenons la résultante.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[t]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.6]{../Img/composition_de_force.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\vspace{0.5cm}
|
||||
La résultante $\color{red}\vec{F_3}$ de deux forces, $\color{blue}\vec{F_1}$ et $\color{green}\vec{F_2}$, est donc la diagonale du parallélogramme dont ces deux forces constituent deux côtés consécutifs.
|
||||
\vspace{0.5cm}
|
||||
\[\color{red}\vec{F_3} \color{black}= \color{blue}\vec{F_1} \color{black}+ \color{green}\vec{F_2}\]
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[t]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.6]{../Img/Parallelogramme_des_forces.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
En biomécanique, le plus souvent, son point d'application est ramené au \textit{centre de gravité} du corps.
|
||||
|
||||
\section{Décomposition d'une force}
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.70]{../Img/decomposition_force.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
A l'inverse, une force $\color{red}\vec{F}$ peut être décomposée en deux forces composantes $\color{blue}\vec{F_y}$ et $\color{green}\vec{F_x}$, pour lesquelles les directions verticale $\color{blue}y$ et horizontale $\color{green}x$ sont souvent choisies avec :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item[] $\color{blue}\vec{F_y} \color{black}= \color{red}\vec{F} \color{black}\times \sin \color{orange}\beta$
|
||||
\item[] $\color{green}\vec{F_x} \color{black}= \color{red}\vec{F} \color{black}\times \cos \color{orange}\beta$
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{morebox}
|
||||
\subsection*{Multiplication de force}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
le produit vectoriel, noté $\wedge$, de deux vecteurs $\vec{a}$ et $\vec{b}$ non colinéaires se définit comme l'unique vecteur $\vec{c}$ tel que :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item le vecteur $\vec{c}$ est orthogonal aux deux vecteurs donnés ;
|
||||
\item $||\vec{c}|| = ||\vec{a}|| ~ ||\vec{b}|| ~ |sin (\widehat{\vec{a}, \vec{b}})|$
|
||||
\item la base $(\vec{a}, \vec{b}, \vec{c})$ est de sens direct,
|
||||
\end{itemize}
|
||||
et le produit vectoriel de deux vecteurs colinéaires est nul par définition.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
% \subsubsection*{Simplification}
|
||||
% Comme nous travaillons dans un espace à trois dimensions $(a, b, c)$ dans lequel chaque axe est \underline{orthogonal} aux deux autres et que les forces peuvent être décomposées dans ces trois dimensions, $|sin (\widehat{\vec{a}, \vec{b}})|$ vaudra souvent soit $1$ soit $-1$.
|
||||
|
||||
\subsubsection*{Sens direct}
|
||||
La multiplication de deux nombres $x$ et $y$ est symétrique.
|
||||
Cela signifique que :
|
||||
\[x \times y = y \times x\]
|
||||
|
||||
Pour la multiplication de vecteur ce n'est pas le cas : multiplier $\vec{a}$ par $\vec{b}$ n'équivaut pas à multiplier $\vec{b}$ par $\vec{a}$
|
||||
|
||||
\[\vec{a} \wedge \vec{b} \neq \vec{b} \wedge \vec{a}\]
|
||||
|
||||
Le \underline{sens direct} de l'espace correspond au mouvement d'une vis.\medskip
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.54\linewidth}
|
||||
Prenons le dessin de droite comme exemple.\medskip
|
||||
|
||||
A l'aplomb du plan formé par $\vec{a}$ et $\vec{b}$, si pour aller de $\vec{a}$ à $\vec{b}$ nous tournons dans le sens \underline{inverse} des aiguille d'une montre (nous dévissons) $\vec{c}$~sort (monte/se retire) du plan $ab$ par le haut.\medskip
|
||||
|
||||
Par contre si nous multiplions $\vec{b}$ par $\vec{a}$ (c-à-d. nous allons de $\vec{b}$ vers $\vec{a}$), nous tournons dans le sens des aiguilles d'une montre, le résultat ($-\vec{c}$) s'enfonce (descend) dans le plan $ab$.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.44\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/multiplication_vectorielle.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.6]{../Img/sens_multiplication_vect.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
Comment être sûr de bien orienter $\vec{c}$ ?\medskip
|
||||
|
||||
Considérons une main \underline{droite}. Si $\vec{a}$ est l'index et $\vec{b}$ le majeur, la multiplication de $\vec{a}$ par $\vec{b}$ ($\vec{a} \wedge \vec{b}$) en \underline{base directe} sera $\vec{c}$ qui lui aura la direction du pouce.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\end{morebox}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\section{Moment d'une force}
|
||||
\vspace{-0.2cm}
|
||||
% Représenter le moment d'une force, schématiquement
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le moment d'une force par rapport à un point est l'aptitude de cette force à faire tourner un système mécanique autour de ce point, souvent appelé pivot.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\vspace{-0.2cm}
|
||||
\[\mybox{M = \vec{F} \wedge \vec{d} = ||\vec{F}|| \times ||d|| \times \sin \beta}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $M$ : moment de force
|
||||
\item $\vec{F}$ : force ($||\vec{F}||$ : intensité de la force)
|
||||
\item $d$ : bras de levier de la force ($||d||$ : longueur du bras de levier)
|
||||
\item $\beta$ : angle entre le bras de levier et la force\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
Il est donc possible d'augmenter le moment d'une force en jouant sur l'angle entre le bras de levier et la force ou en augmentant soit l'intensité de la force, soit le bras de levier.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/moment_force.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\vspace{0.3cm}
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/moment_de_force.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
Donc lorsque l'angle $\beta$ vaut $0\degree$ ou $180\degree$, le moment de force est nul. Quand il vaut $90\degree$ ou $270\degree$ le moment de force est maximal. C'est constatable intuitivement : si on tire ou qu'on pousse sur une porte dans la direction de sa largeur, elle ne va pas tourner.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{morebox}
|
||||
\subsubsection*{Les leviers}
|
||||
Les leviers sont traditionnellement séparés en trois classes suivant la position du point d'appui et des forces :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item levier inter-appui,
|
||||
\item levier inter-résistant et
|
||||
\item levier inter-moteur.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\vspace{1cm}
|
||||
|
||||
\textbf{\underline{Levier inter-appui}}\par
|
||||
\vspace{0.1cm}
|
||||
\begin{minipage}[t]{.29\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.4]{../Img/levier_inter_appui.png}
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.69\linewidth}
|
||||
Le point d'appui est situé entre les deux forces.\medskip
|
||||
|
||||
Exemples : le muscle triceps brachial du bras, un frein à main de vélo, un pied-de-biche (côté incurvé), un arrache-clou, une pince-tenaille, des ciseaux, un diable, un mors, un trébuchet, une balance.\medskip
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\vspace{1cm}
|
||||
|
||||
\textbf{\underline{levier inter-résistant}}\par
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
La résistance est située entre l’articulation et le point d’application de la force.
|
||||
Moins fréquent dans l’organisme, il est souvent impliqué dans des mouvements précis et de faible amplitude.
|
||||
Le muscle développant la force possède une insertion sur le levier fixe, proche de l’articulation, et une insertion sur le levier mobilisé très éloigné de l’articulation.\medskip
|
||||
|
||||
Exemples : une porte, un casse-noix, un tremplin de plongeon, une brouette, une clef, un dé-capsuleur, un pied-de-biche (côté droit), \ldots
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/levier_inter_resistant.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\vspace{1cm}
|
||||
|
||||
\textbf{\underline{levier inter-moteur}}\par % inter-puissant
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/levier_inter_moteur.png}
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
le point d’application de la force musculaire est situé entre l’articulation et la résistance.
|
||||
Le point d’application de la force $F$ correspond au point d’insertion du muscle sur le levier mobile.\medskip
|
||||
|
||||
Dans l’exemple de la course, les muscles postérieurs de la cuisse agissent sur la jambe.
|
||||
le mouvement de la jambe sur la cuisse mobilise l’articulation du genou.
|
||||
Un tel levier permet donc à un muscle d’engendrer un déplacement rapide des extrémités du membre, pour un petit raccourcissement.
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\medskip
|
||||
|
||||
Par contre cet avantage dynamique nécessite en contre partie une forte action musculaire $F$, pour une faible résistance $R$, parce que $d_1$ est bien inférieur a $d_2$.\medskip
|
||||
|
||||
Exemples : le muscle biceps brachial, une batte de baseball, une fronde, une pagaie, un balai, une canne à pêche, une crosse de hockey, brucelles et pince à chiqueter, un coupe-ongles, un piège à souris, une pelle, une agrafeuse, une houe, une faux.\medskip
|
||||
\end{morebox}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\section{Corps}
|
||||
\subsection{Masse d'un corps}
|
||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
La masse (notée $m$ et exprimée en kg) d'un corps mesure la quantité de matière constituant ce corps, c'est à dire la masse des particules qui constituent ce corps.
|
||||
\end{definition}
|
||||
Cette quantité de matière est invariable quel que soit l'endroit où se trouve l'objet dans l'Univers, et quelles que soient les forces qui s'exercent sur lui.
|
||||
|
||||
\subsection{Poids d'un corps}
|
||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
Sur terre, le poids se calcule par la formule suivante :
|
||||
|
||||
\[\mybox{P = m \times g}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $P$ : poids du corps (en $N$)
|
||||
\item $m$ : masse du corps (en $kg$)
|
||||
\item $g$ : constante de pesanteur (à la surface de la Terre : $9,81\ m/s^2$)\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
La pesanteur terrestre est une accélération verticale, dirigée vers le bas, qui s'applique sur tous les corps possédant une masse et situés au voisinage de la Terre.
|
||||
|
||||
\subsection{Corps isolé}
|
||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Un corps isolé est un corps sur lequel ne s'exerce aucune force.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\medskip
|
||||
|
||||
\subsection{Corps pseudo-isolé}
|
||||
\vspace{-0.6cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Un corps isolé est un corps sur lequel la résultante des forces s'exerçant sur lui est nulle
|
||||
\end{definition}
|
||||
\bigskip
|
||||
|
||||
\section{Centre de gravité}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le centre de gravité ($CG$) est le point théorique d'application de la résultante des actions de la pe\-san\-teur sur toutes les parties du corps.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\medskip
|
||||
|
||||
Le corps humain est de densité non uniforme et de forme irrégulière : pour une personne en station debout, le centre de gravité se situe approximativement en avant de la troisième vertèbre lombaire (en direction du nombril).
|
||||
Ce point n'est jamais fixe, il varie en fonction de la position du corps.
|
||||
C'est un point virtuel qui n'a donc pas d'existence physique réelle.\medskip
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{figure}[ht!]
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||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/centreGravite.png}
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||||
\end{figure}
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||||
% Rajouter quelques images de centre de gravité !
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||||
|
||||
En gymnastique, comme dans la vie courante, le corps humain peut adopter différentes postures (debout, assis, groupé, carpé, tendu, \ldots).
|
||||
Le $CG$ se déplace suivant la position des différentes parties du corps car les masses se répartissent différemment.
|
||||
Il peut même arriver qu'il se situe en dehors du corps.\par
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||||
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||||
\section{Axes et plans}
|
||||
Pour décrire les mouvements du corps humain, trois plans imaginaires orientés perpendiculairement les uns aux autres sont utilisés :\bigskip
|
||||
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||||
\begin{minipage}[c]{.30\linewidth}
|
||||
•\ Frontal\par
|
||||
\vspace{2cm}
|
||||
•\ \textbf{Sagittal}\par
|
||||
\vspace{2cm}
|
||||
•\ \textbf{Transversal}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.68\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
% \includegraphics[scale=0.29]{../Img/plans.png}
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/plans.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\vspace{0.5cm}
|
||||
|
||||
Lorsque l'on observe le corps humain de face ou de profil, sa forme peut être projetée sur une surface plane que l'on appelle un plan.
|
||||
Ce sont les plans anatomiques du corps humain :
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||||
\begin{itemize}
|
||||
\item plan frontal : vue de face, divise le corps humain en deux parties, antérieure et postérieure
|
||||
\item plan sagittal : vue de profil, partage le corps en deux parties, droite et gauche
|
||||
\item plan transversal : vue de haut, divise la partie supérieure et inférieure du corps)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
Il est également possible d'utiliser trois axes pour décrire les mouvements du corps.
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
•\ \textbf{Longitudinal}\par
|
||||
\vspace{1.5cm}
|
||||
•\ \textbf{Sagittal}\par
|
||||
\vspace{1.5cm}
|
||||
•\ \textbf{Transversal}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=\linewidth]{../Img/axes_rotation.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
Ils correspondent aux plans anatomiques du corps humain :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item L'axe longitudinal passe par la tête et les pieds (vrille – pirouette)
|
||||
\item L'axe sagittal passe par le ventre et le dos (roue – japonais)
|
||||
\item L'axe transversal passe par les hanches (rotation avant – arrière)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Autour de ces axes, les rotations sont :\par
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\vspace{1cm}
|
||||
A : \textbf{Longitudinales}\par
|
||||
\vspace{3.5cm}
|
||||
B : \textbf{Sagittales}\par
|
||||
\vspace{3.5cm}
|
||||
C : \textbf{Transversales}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\hfill
|
||||
\begin{minipage}[c]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/rotation_longitudinale.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/costal.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/exemple_rotation_transversale.png}
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\section{Lois de Newton}
|
||||
\subsection{\texorpdfstring{$1^{ere}$}~ loi de Newton : Principe d'inertie}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
|
||||
Donc, pour un corps isolé ou corps pseudo-isolé, l'accélération est nulle (i.e. la direction et sa vitesse est constante).
|
||||
L'inertie peut donc être vue comme la tendance d'un corps à résister à une modification de son état de repos ou de mouvement \underline{rectiligne} uniforme (MRU).
|
||||
La masse (intertielle) $m$ d'un corps est la mesure de son inertie de translation (i.e. de sa résistance à une accélération en ligne droite).
|
||||
|
||||
% \subsubsection*{Corollaire : Inertie}
|
||||
% Elle représente l'opposition qu'offre un corps à voir changer son état de mouvement de translation.
|
||||
% En rotation, c'est le moment d'inertie $I$ d'un système qui représente la mesure de l'opposition qu'offre ce système à voir changer son état de mouvement de rotation autour d'un axe (accélération angulaire).
|
||||
|
||||
\subsubsection*{Corollaire : Moment d'inertie}
|
||||
Pour la \textit{résistance} à une accélération angulaire, nous parlons de moment d'inertie.
|
||||
Le moment d'inertie caractérise également la géométrie des masses d'un solide, c'est-à-dire la répartition de la matière en son sein.
|
||||
C'est l'analogue pour un solide de la masse inertielle qui, elle, mesure la résistance d'un corps soumis à une accélération linéaire.
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Le moment d'inertie d'un corps quantifie la résistance de ce corps à une accélération angulaire (à sa mise en rotation).
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
L'inertie peut être formulée telle que :
|
||||
|
||||
\[\mybox{J = m \times r^{2}}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $m$ : masse ($kg$)
|
||||
\item $r$ : distance par rapport à l'axe de rotation ($m$)\bigskip
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Nous utiliserons le moment d'inertie dans le syllabus de biomécanique (dans les chapitres sur les \textit{rotations transversales} le \textit{controle de rotations}).
|
||||
|
||||
\subsection{\texorpdfstring{$2^{eme}$}~ loi de Newton : Principe fondamental de la dynamique}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
L'accélération subie par un corps (dans un référentiel galiléen) est proportionnelle à la résultante des forces qu'il subit, et inversement proportionnelle à sa masse $m$.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
La deuxième loi de Newton peut être exprimé par l'équation :
|
||||
\[\mybox{F = m \times a}\]
|
||||
|
||||
Où :
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item $F$ : intensité de la force ($N$)
|
||||
\item $m$ : masse du corps ($kg$)
|
||||
\item $a$ : accélération du corps ($m/s^2$)\par
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsection{\texorpdfstring{$3^{eme}$}s~loi de Newton : Principe d'action-réaction}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
\begin{definition}
|
||||
L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraires.\par
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\vspace{0.2cm}
|
||||
|
||||
En d'autres termes, lorsqu'un corps exerce une force sur un autre, le second exerce lui aussi une force égale en grandeur et de même direction, mais de sens opposé sur le premier.
|
||||
Plus simplement, chaque action déclenche une réaction égale et de sens opposé : pour chaque action $F$, il existe une réaction $R$.\par
|
||||
|
||||
Exemples :\par
|
||||
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
Rebond d'un ballon\par
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
ATR rebond\par
|
||||
\end{minipage}
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.5]{../Img/rebondBallon.png}\par
|
||||
\end{minipage} \hfill
|
||||
\begin{minipage}[b]{.49\linewidth}
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.4]{../Img/rebondATR.png}\par
|
||||
\end{minipage}
|
||||
|
||||
Cette loi est également connue sous le nom de la \textit{loi des actions réciproques}.
|
||||
Nous en reparlerons dans le chapitre relatif à \textit{la dynamique} dans le syllabus de biomécanique.
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\begin{knowledgebox}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item la masse
|
||||
\item le poids
|
||||
\item le centre de gravité
|
||||
\item une force
|
||||
\item le moment d'une force
|
||||
\item les 3 plans
|
||||
\item les 3 axes
|
||||
\item les 3 rotations
|
||||
\item les 3 lois de Newton
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{knowledgebox}
|
||||
|
||||
\begin{skillsbox}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item calculer un poids
|
||||
\item décomposer une force
|
||||
\item additionner des forces
|
||||
\item calculer un moment de force
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{skillsbox}
|
||||
|
||||
% Le moment d'inertie est une grandeur physique qui caractérise la géométrie des masses d'un solide, c'est-à-dire la répartition de la matière en son sein.
|
||||
% Il quantifie également la résistance à une mise en rotation de ce solide (ou plus généralement à une accélération angulaire), et a pour dimension M·L² (le produit d'une masse et du carré d'une longueur, qui s'exprime en kg·m² dans le S.I.).
|
||||
% C'est l'analogue pour un solide de la masse inertielle qui, elle, mesure la résistance d'un corps soumis à une accélération linéaire.
|
||||
|
||||
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
% CHAPTER %
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
\chapter{Pratique}
|
||||
Voici des questions pour vous aider à évaluer vos connaissances et compréhension de la matière abordée mais aussi pour vous aider à vous préparer à l'examen.
|
||||
Vous devez être capable de répondre à chaque question séparément sans tenir compte d'informations potentiellement données par des questions précédentes.
|
||||
Si vous n'y arrivez pas, prenez contact avec la FfG et/ou votre formateur pour poser des questions concernant les sujets qui vous bloquent.\bigskip
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 1}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Une force est caractérisée par :
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Une origine, une direction et une intensité.
|
||||
\item Un point d'application, une origine, un sens et une valeur.
|
||||
\item Un point d'application, une ligne d'action, une direction et une intensité.
|
||||
\item Un point d'application, un sens et une intensité.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 2}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lorsque deux forces ($\vec{F_1}$ et $\vec{F_2}$) ont le même point d’application, la même direction et la même intensité $F$ mais que le sens est opposé, quelle sera la résultante ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $F^2$
|
||||
\item $2F$
|
||||
\item $0$
|
||||
\item $\sqrt{2}F$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 3}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition d'un moment de force ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un moment d'une force est la rotation engendrée par un ensemble de forces appliquées à un corps dont la résultante est nulle mais qui met le corps en rotation.
|
||||
\item Un moment d'une force est l'aptitude de cette force à faire tourner un système mécanique autour d'un point.
|
||||
\item Un moment d'une force est la somme vectorielle de toutes les forces que subit un corps.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 4}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quel effet de la force est exprimé par son moment ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Une rotation
|
||||
\item Le mouvement du corps
|
||||
\item Une variation de sa vitesse
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 5}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Comment optimiser l'effet de rotation d'une force de faible intensité ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Appliquer la force perpendiculairement au mouvement
|
||||
\item Appliquer la force perpendiculairement au mouvement et loin de l'axe de rotation
|
||||
\item Appliquer un couple de forces
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 6}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
L'intensité d'un moment de force est maximum lorsque la force est alignée avec le bras de levier.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Vrai
|
||||
\item Faux
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 7}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Le moment d'une force est maximum lorsque la force forme les angles suivants avec le bras de levier :
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $45\degree$ et $135\degree$
|
||||
\item $90\degree$ et $270\degree$
|
||||
\item $0\degree$ et $180\degree$
|
||||
\item $60\degree$ et $120\degree$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 8}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition de la masse d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item La masse d'un corps mesure la quantité de matière constituent ce corps.
|
||||
\item La masse d'un corps est le point théorique d'application des forces sur ce corps.
|
||||
\item La masse d'un corps désigne la force d'attraction qu'exerce un astre sur ce corps.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 9}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition du poids d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Le poids du corps est le point théorique d'application des forces sur ce corps.
|
||||
\item Le poids du corps mesure la quantité de matière constituent ce corps.
|
||||
\item Le poids du corps est la force qu'exerce ce corps sur un soutient (le sol, un agrès, …)
|
||||
\item Le poids du corps est la force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 10}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la formule du poids du corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item $P = mgh$
|
||||
\item $P = \nicefrac{1}{2}~ mh$
|
||||
\item $P = mg$
|
||||
\item $P = \nicefrac{1}{2}~ mv^2$
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 11}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quelle est la définition du Centre de Gravité (CdG) d'un corps ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Le centre de gravité mesure la quantité de matière constituant ce corps.
|
||||
\item Le centre de gravité est la force d'attraction qu'exerce un astre sur un corps massique.
|
||||
\item Le centre de gravité est le point théorique où se situe la masse d'un corps.
|
||||
\item Le centre de gravité est le point théorique d'application de la résultante des forces sur un corps.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 12}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quel(s) est/sont le(s) "rôle(s)" du centre de gravité dans le mouvement ? (plusieurs réponses possibles)
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Avoir du poids dans les calculs.
|
||||
\item Être au centre du référentiel considéré.
|
||||
\item Décrire le mouvement/trajectoire global(e) du solide.
|
||||
\item Être le point d'application des forces.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 13}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Qu'est ce qu'un corps isolé ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un corps qui ne touche rien.
|
||||
\item Un corps seul dans un référentiel.
|
||||
\item Un corps sur lequel aucune force ne s'exerce.
|
||||
\item Un corps immobile.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 14}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps isolé peut-être en rotation ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 15}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Qu'est ce qu'un corps pseudo-isolé ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Un corps en contact avec un seul autre corps.
|
||||
\item Un corps sur lequel ne s'exerce qu'une seule force.
|
||||
\item Un corps sur en équilibre stable.
|
||||
\item Un corps pour lequel la résultante des forces est nulle.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 16}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Un corps pseudo-isolé peut-être en rotation ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Oui
|
||||
\item Non
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 17}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quels sont les trois plans anatomiques ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal, costal et coronal.
|
||||
\item Longitudinal, coronal et transversal.
|
||||
\item Frontal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, sagittal et transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 18}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : antérieurs et postérieure ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal.
|
||||
\item Longitudinal.
|
||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 19}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : droite et gauche ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal.
|
||||
\item Coronal.
|
||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 20}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Lequel de ces plans sépare le corps en deux parties : supérieure et inférieure ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal.
|
||||
\item Longitudinal.
|
||||
\item Sagittal.
|
||||
\item Transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 21}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quels sont les trois type de rotations ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Avant, arrière, vrille.
|
||||
\item Frontale, sagittale et horizontale.
|
||||
\item Longitudinale, sagittale et transversale.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\subsection*{Question 22}
|
||||
\vspace{-0.4cm}
|
||||
Quels sont les trois axes de rotations ?
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
\item Frontal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, sagittal et transversal.
|
||||
\item Longitudinal, coronal et transversal.
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\input{./chap_introduction.tex}
|
||||
\input{./chap_forces.tex}
|
||||
\input{./chap_pratique.tex}
|
||||
|
||||
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
|
|
@ -823,8 +52,9 @@ Quels sont les trois axes de rotations ?
|
|||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
\chapter*{Versions}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Version 1.0 : Trullemans Gregory, juillet 2020.
|
||||
\item Version 1.1 : Trullemans Gregory, \today.
|
||||
\item Version 2021 : Trullemans Gregory, juillet 2021
|
||||
\item Version 2022 : Trullemans Gregory, juillet 2022
|
||||
\item Version 2023 : Trullemans Gregory, le \today
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\end{document}
|
||||
|
|
@ -18,5 +18,4 @@ forces.pdf: forces.tex
|
|||
|
||||
|
||||
clean:
|
||||
@rm -vf *.aux *.glo *.idx *.log *.toc *.ist *.acn *.acr *.alg *.bbl *.blg *.dvi *.glg *.gls *.ilg *.ind *.lof *.lot *.maf *.mtc *.mtc1 *.out *.fls *.fdb_* *.synctex.gz
|
||||
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