Fiche de révision : Biomécanique du mouvement humain

📋 Plan du Cours

1. Modèles musculosquelettiques et musculaires
2. Forces et moments mécaniques
3. Lois de Newton et accélération
4. Impulsion et cinématique
5. Centre de gravité humain
6. Travail, énergie et rotation

📖 1. Modèles musculosquelettiques et musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle musculaire de Hill : Un modèle musculaire de Hill comprend un élément contractile (CE), un élément élastique parallèle (PE) et un élément élastique en série (SE).

★ À maîtriser

• Dans le modèle de Hill, l’élément contractile produit activement des forces dépendant de sa longueur et de sa vitesse, proportionnelles au signal d’excitation.

Compléments

• OpenSim est utilisé pour modéliser l’activité musculaire des membres inférieurs pendant la marche, l’activité musculaire de l’épaule lors des mouvements du membre supérieur et les charges de contact du genou lors de différents mouvements.

• Dans le modèle de Hill, les éléments élastiques passifs agissent comme des ressorts non linéaires dont la force dépend de leur longueur.

📖 2. Forces et moments mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Force : Une force est une grandeur vectorielle orientée dans l’espace et mesurée en newtons (N).
• Scalaire : Une grandeur scalaire n’a pas de direction.

• Moment de force : Le moment de force est présenté comme un concept de base de la biomécanique, avec la force.

📝 Points essentiels

• La résultante de deux forces se calcule graphiquement ou par addition de leurs composantes : $R_x=F_{1x}+F_{2x}$ et $R_y=F_{1y}+F_{2y}$.

📖 3. Lois de Newton et accélération

★ À maîtriser

📌 Selon la première loi de Newton, un corps conserve son état d’équilibre de translation lorsque les forces extérieures sont nulles.

📌 Selon la deuxième loi de Newton, un corps soumis à des forces externes non nulles subit une accélération.

Compléments

• Dans l’exemple d’un corps de 50 kg soumis à son poids sur un plan incliné à 45°, l’accélération le long du plan vaut $a=9{,}81\sin(45°)=6{,}93\ \text{m/s}^2$.

💡 Astuce mémo

Une force externe non nulle entraîne une accélération.

📖 4. Impulsion et cinématique

🔑 Notions clés & Définitions

• Impulsion : Le produit d’une force par l’intervalle de temps pendant lequel elle agit.
• Cinématique : La cinématique étudie le mouvement des corps en faisant abstraction des causes du mouvement, généralement modélisées par des forces et des moments.
• Cinétique : La cinétique prolonge la cinématique en faisant appel aux notions de longueur, de temps et de masse.

📝 Points essentiels

• Le 20 janvier 1700, Pierre Varignon définit la notion d’accélération et montre comment la déduire de la vitesse instantanée par une procédure de calcul différentiel, lors d’une allocution devant l’Académie royale des sciences de Paris.

💡 Astuce mémo

La cinématique décrit le mouvement ; la cinétique y introduit la masse.

📖 5. Centre de gravité humain

🔑 Notions clés & Définitions

• Centre de gravité : Le point d’application du poids.

📝 Points essentiels

• Le cours aborde le calcul du centre de gravité d’un système polyarticulé et l’importance de la modélisation du centre de gravité.

• Le cours présente un exemple de calcul du centre de gravité et un exercice de calcul du centre de gravité de l’être humain en mouvement.

📖 6. Travail, énergie et rotation

🔑 Notions clés & Définitions

• Moment d’inertie : Le moment d’inertie est noté $I$ dans le cours.

★ À maîtriser

📐 Formule - La vitesse angulaire est définie par $\omega=\frac{d\alpha}{dt}$.

Compléments

• Le cours comporte une partie consacrée au travail et à l’énergie.