La Science et le Sport #4

Voici de nouveau, quelques épisodes de notre Fête de la Science 2023 « Une question d’équilibre ! ». Peppa et le Gang des cochons, les coachs continuent leurs pérégrinations sur les terrains de sport pour tenter de gagner une médaille aux  Jeux Olympiques 2024 . Envie de relire les premiers épisodes (nage, vélo, golf, rugby, escrime, skate et foot) ? Ils sont à retrouver ICI, LA et encore ICI.

« Viens vite Peppa, on va découvrir le terrain de Basket ! « , s’écrie George.

8e étape : au terrain de Basket

George est tout excité par ce nouvel espace sportif. Il adore le basket depuis son plus jeune âge. Malheureusement, il n’est pas très dégourdi car c’est un jeu qui nécessite de fortes capacités athlétiques pour faire des passes, des dribbles, courir, sauter, tirer. Il a toujours eu un peu de mal à bien coordonner ses mouvements pour contrôler le ballon qui, s’il a bien compris, doit avancer et rebondir sur le sol… Pas facile du tout !
–  Dis Peppa, tu as compris toi, pourquoi il y avait un rebond ?
– Enfin George, après tout ce qu’on vient de voir sur les autres terrains de sport, tu devrais commencer à y voir plus clair dans les lois de la physique !
George est un peu gêné car il n’a pas tout suivi.
– Euh, oui, je… je… je pense que oui. C’est encore Newton, non ?
– Bien sûr ! Quand on dribble, la main ET la gravité poussent la balle au sol. Quand elle tombe, la balle accélère. Au contact du terrain, elle cherche à continuer son mouvement, donc elle pousse sur le sol et selon la 2^e loi de Newton : le sol pousse alors la balle dans la direction opposée, c’est le rebond.
– Oui, mais imagine que le ballon se déforme complètement au moment du choc ?
– Alors, il rebondira très peu. C’est pour cela qu’il doit être très bien gonflé. C’est parce que l’air intérieur s’est comprimé et qu’en se détendant, l’énergie est rendue à la balle ! Plus le ballon sera gonflé, plus il contiendra d’air dont les molécules pourront se rapprocher et s’écarter ensuite.
– Un peu comme un ressort qui se serait comprimé en reprenant sa forme initiale juste après ?
– Exactement !

Tout d’un coup Peppa se retourne car elle entend le bruit des vagues…
– Mais que se passe-t-il, nous ne sommes pourtant pas à la mer ici ?

9e épisode : les sports de glisse à la mer

Philippo le cousin est installé devant un écran géant dans le gymnase. Des démonstrations de surf sont retransmises et tous les yeux sont rivés sur les images tant les exploits des sportifs sont impressionnants ! Le cousin est, lui aussi, en admiration !
– Venez vite nous rejoindre Peppa et George, regardez un peu ce maintien d’équilibre ! N’est-ce pas merveilleux ?

– Tu as raison, cher cousin, c’est très beau cet équilibre !
– Mais ça n’a pas l’air facile du tout ! Vas-tu encore nous décrire des forces, Peppa ?
– Evidemment ! On en a déjà parlé lorsque nous étions à la piscine (Episode 1 ICI), le poids et la poussée d’Archimède sont présents bien sûr et se compensent plus ou moins. Mais à cause du mouvement, il y a autre chose !
– Je ne me souviens plus si on en a déjà parlé ?
– Oui, un peu lorsqu’on a vu le déplacement du ballon de foot.
– Et dans l’eau, c’est pareil ?
Le coach intervient pour ajouter quelques détails.

– Dès qu’un objet se déplace dans un fluide, tu penses bien que le fluide agit sur ton objet. Lorsque la vague arrive, le surfeur pousse sur ses bras pour se diriger vers elle et accélérer.  A cause de cette prise de vitesse, l’eau exerce une force sur la planche, encore une histoire de différence de pression : c’est la portance (nous en avions parlé aussi dans cet article). Mais en même temps, l’eau exerce des frottements sur la planche, ce qui évidemment le ralentit, c’est la traînée.
– Mais comment le surfeur s’en sort-il ?
– Eh bien, comme d’habitude, cher ami ! Avec un bon entraînement ! Il sait exactement où se placer sur la planche, et comment se positionner pour équilibrer l’ensemble des forces !
– Oups, je pense que j’aurais peur de me mouiller à sa place !
– C’est certain. Mais rappelle-toi, les combinaisons qui s’inspirent des fourrures des loutres et castors !

– Effectivement, quand on peut s’inspirer des animaux, il ne faut pas s’en priver ! répond Philippo.
– Oh, regarde là-bas dans le ciel, Peppa !!!! Qu’est-ce donc que cela ?
– Ah oui, c’est un kite surf !
– Eh bien, c’est un surf mais tu es tracté par un cerf-volant !
– Et tu décolles ?
– Ça arrive, oui !

Focus sur le Kite Surf 
L’aile a un profil aérodynamique (comme celle d’un avion) : son orientation permet de faire en sorte que l’air circule de façon optimale. L’air au-dessus de l’aile va être accéléré et va créer une dépression : l’aile est aspirée vers le haut ! Voilà qui assure la portance !

L’aile est aussi soumise à la traînée aérodynamique (liée au mouvement dans l’air) qui s’oppose au déplacement, c’est une résistance. Elle est fonction de la vitesse au carré (si la vitesse est multipliée par 3 alors la traînée est multipliée par 9) et de la surface présentée au vent. Les deux forces combinées provoquent une tension des lignes, tractant le kitesurfeur.

De son côté, le sportif peut agir en jouant sur la position de la barre en la tirant plus ou moins vers lui. Ainsi, en la rapprochant de lui, il va déformer l’aile et l’angle d’incidence va changer et la vitesse de circulation de l’air est modifiée : la portance augmente mais la traînée aussi. Il va alors ralentir !
Toute l’astuce consiste à bien combiner le tout !

Retrouvez nos amis dans un prochain billet, pour un dernier épisode consacré aux sports en montagne !

Texte : Pascale Baugé du blog Le Monde et Nous