Fiche de révision : Biomécanique des APSA

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la biomécanique
2. Applications aux activités sportives
3. Démarche et outils biomécaniques
4. Domaines de l’analyse du mouvement
5. Cinématique linéaire
6. Déclenchement et description des rotations
7. Cinématique angulaire
8. Relations linéaires et angulaires
9. Unités et conversions biomécaniques

📖 1. Fondements de la biomécanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Biomécanique : Hay, 1980 — Science qui examine les forces intérieures et extérieures agissant sur le corps humain ainsi que leurs effets sur le mouvement ou les déformations.
• Biomécanique : Allard et blanchi, 1999 — Application de la physique à l’étude des forces générées ou subies par un organisme vivant et de leurs effets sur son mouvement ou ses déformations.

📝 Points essentiels

📌 La cinématique décrit le mouvement, tandis que la cinétique ou dynamique étudie les forces qui le produisent.

💡 Astuce mémo

Forces intérieures et extérieures → mouvement ou déformation

📖 2. Applications aux activités sportives

🔑 Notions clés & Définitions

• Orthèse : Appareillage qui compense une fonction absente ou déficitaire et assiste une structure articulaire ou musculaire.
• Prothèse : Dispositif artificiel destiné à remplacer un élément manquant, comme un membre, un organe ou une articulation.

📝 Points essentiels

• La biomécanique peut améliorer une performance sportive, par exemple en étudiant l’impulsion dans le triple saut, le saut en hauteur ou l’intervention d’un gardien de football.

📌 La marche comporte un double appui et aucun pas d’envol, tandis que la course ne comporte pas de double appui et comporte une phase d’envol.

💡 Astuce mémo

Marche : double appui ; course : envol

📖 3. Démarche et outils biomécaniques

★ À maîtriser

• 🔄 La démarche biomécanique suit plusieurs étapes:
  1. Observer les phénomènes
  2. Classifier les phénomènes comparables
  3. Nommer les phénomènes avec des termes techniques
  4. Mesurer les phénomènes
  5. Analyser avec différents outils et méthodes
  6. Déterminer la problématique selon l’activité étudiée

Compléments

• L’EMG mesure l’activité électrique d’un muscle lors de sa contraction à l’aide d’électrodes.

• L’analyse cinématique peut être réalisée en deux ou trois dimensions, notamment pour mesurer des angles, des vitesses et des accélérations.

• Une plateforme de force permet notamment d’étudier les points de pression sous le pied.

💡 Astuce mémo

Observer → classifier → nommer → mesurer → analyser

📖 4. Domaines de l’analyse du mouvement

🔑 Notions clés & Définitions

• Cinématique : Partie de la biomécanique qui décrit le mouvement des corps à travers leur distance, leur vitesse et leur déplacement.
• Dynamique inverse : Mise en relation des mouvements et des forces externes afin de déterminer les moments musculaires et les forces articulaires.

📝 Points essentiels

📌 La statique étudie les postures d’un corps au repos ou se déplaçant à vitesse constante, notamment son centre de masse, les forces, les moments et les leviers.

📌 La dynamique ou cinétique étudie les forces externes, les forces musculaires, l’impulsion, le travail et l’énergie mécanique.

💡 Astuce mémo

Statique : posture ; cinématique : mouvement ; dynamique : forces

📖 5. Cinématique linéaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Translation : Mouvement dans lequel toutes les parties d’un corps parcourent exactement la même distance, dans la même direction et pendant le même temps.
• Accélération : Variation de la vitesse en fonction du temps, pouvant être positive, négative ou nulle.

★ À maîtriser

📌 La distance est la longueur du trajet complet, tandis que le déplacement est la ligne droite orientée entre la position initiale et la position finale.

📐 Formule — Le déplacement vérifie $L = X_f - X_i$.

📐 Formule — La vitesse vérifie $v = \frac{d}{t}$, tandis que la vitesse moyenne vérifie $v_{moy} = \frac{L}{\Delta t} = \frac{X_f-X_i}{T_f-T_i}$.

Compléments

• L’accélération due à la gravité est constante et vaut environ 9,81 m/s².

💡 Astuce mémo

Distance : trajet complet ; déplacement : ligne droite initiale-finale

📖 6. Déclenchement et description des rotations

★ À maîtriser

• 🔄 Un couple de forces possède les caractéristiques suivantes:
  1. Deux forces parallèles
  2. Des sens contraires
  3. Une même intensité

Compléments

• La rotation provoquée par un couple de forces s’effectue autour de l’axe normal au plan formé par les forces et passant par le milieu du segment reliant leurs points d’application.

• Lors d’une pirouette, la rotation est déclenchée par la création d’un couple de forces au niveau des épaules.

• Lors d’un vélo qui fait un soleil, le blocage de la roue avant transforme le mouvement rectiligne du cycliste en rotation vers l’avant.

💡 Astuce mémo

Couple de forces → rotation autour d’un axe

📖 7. Cinématique angulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Rotation : Mouvement dans lequel un corps suit un trajet circulaire autour d’un axe et où toutes ses parties se déplacent selon le même angle, dans la même direction et pendant le même temps.

★ À maîtriser

📐 Formule — La vitesse angulaire vérifie $\omega = \frac{\theta}{t}$ et l’accélération angulaire vérifie $\alpha = \frac{\omega_f-\omega_i}{t}$.

Compléments

• Par convention, une rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre est positive et une rotation dans le sens des aiguilles d’une montre est négative.

• Un gymnaste passant de 200°/s à 400°/s en 0,4 s possède une accélération angulaire de 500°/s².

💡 Astuce mémo

Vitesse moyenne : sécante ; vitesse instantanée : tangente

📖 8. Relations linéaires et angulaires

★ À maîtriser

📐 Formule — La vitesse tangentielle vérifie $v_t = \omega r$, où $r$ est la distance entre le centre de rotation et le point étudié.

📐 Formule — L’accélération tangentielle vérifie $a_t = \alpha r = \frac{v_{t,f}-v_{t,i}}{t}$.

📐 Formule — L’accélération radiale ou centripète vérifie $a_r = \omega^2r = \frac{v_t^2}{r}$ et est dirigée vers le centre de rotation.

Compléments

• Pour un club de golf de 1,15 m tournant à environ 39,3 rad/s, la vitesse tangentielle de la tête du club est d’environ 45 m/s.

💡 Astuce mémo

Rayon et rotation → vitesse tangentielle et accélérations

📖 9. Unités et conversions biomécaniques

★ À maîtriser

• Les unités du Système international comprennent le mètre pour les longueurs, la seconde pour les durées et le kilogramme pour les masses.

• La vitesse s’exprime en m/s ou en km/h, tandis que l’accélération s’exprime en m/s².

📌 Pour convertir une vitesse de m/s en km/h, il faut la multiplier par 3,6.

📌 Pour convertir une vitesse de km/h en m/s, il faut la diviser par 3,6.

• La distance est une grandeur scalaire, tandis que le déplacement, la vitesse et l’accélération sont des vecteurs nécessitant une grandeur, une direction et un sens.

Compléments

• Les angles peuvent être exprimés en radians, en degrés ou en tours, avec la relation $2\pi\ \mathrm{rad} = 360° = 1\ \mathrm{tr}$.

📊 Tableaux de synthèse

Domaines de l’analyse biomécanique

Grandeurs linéaires et angulaires