La Science et le Sport #5

Voici enfin les derniers épisodes de notre Fête de la Science 2023 « Une question d’équilibre ! » où Peppa Pig et le Gang des cochons continuent de découvrir les secrets des sports pour tenter de gagner une médaille aux Jeux Olympiques 2024. Pour les épisodes précédents (nage, vélo, golf, rugby, escrime, skate, foot, basket, sport de glisse à la mer), tu peux les retrouver ICI, LA, ICI,  et encore dans ce précédent article LA !

10e épisode : A la montagne
Peppa a toujours aimé la montagne et ses paysages majestueux !

C’est sûr qu’à la montagne, côté sport, il y a de quoi faire ! Elle décide  d’entraîner ses amis du Gang des cochons vers cette nouvelle aventure pour découvrir de nouvelles activités sportives.
– Oh regardez les amis, un lac gelé et une patineuse qui s’exerce !
– Mais comment fait- elle, ça ne doit pas être facile de se déplacer sur la glace ? demande George.
– Tu as raison. Patiner c’est glisser sur la glace mais c’est aussi repousser la glace avec les lames pour se frayer un chemin ! Et tu as vu comme elle va vite !
– Mais je pensais que lorsque le mouvement se faisait sur une surface solide comme c’est le cas ici, il y avait toujours des frottements ? C’est ce qu’a dit le coach en tous cas !
– Eh bien, je peux te dire qu’ici les frottements sont quasi inexistants ! Le patineur peut donc atteindre des vitesses fulgurantes.
– A mon avis, c’est logique, répond Porcinet ! Le frottement fait fondre la glace !
– C’est une partie de la réponse, mais pas suffisante pour expliquer que ça agisse dès le premier pas de glisse.
– En fait, on pourrait se dire que c’est la pression qui fait fondre la glace, reprend Peppa.
– Ah oui ?
– Théoriquement c’est le cas, mais quand on effectue les calculs, on voit bien que ce n’est pas la bonne explication !
– Alooorrs ??? Pourquoi ça glisse ? s’exclament en chœur George et Porcinet
– Eh bien, c’est simple, les scientifiques ont montré qu’une fine pellicule d’eau est toujours présente à la surface de la glace. Un grand nombre de liaisons hydrogène* existent dans la glace et lui donnent sa structure très organisée mais en surface sans molécule d’eau au-dessus, elles sont plus flexibles et la structure ne peut prendre place, c’est donc bien un film d’eau qui se met en place.

– J’ai compris. Tout cela est très logique !

*Liaisons hydrogène : ce sont des liaisons assez faibles (mais pourtant bien présente) qui relient entre elles les molécules d’eau (au sein d’un liquide et surtout de la glace) !

Philippo le cousin, resté silencieux jusque là, semble subjugué par les figures de la patineuse.
– Tu as vu comme elle arrive à accélérer lorsqu’elle resserre les bras ? lui demande Peppa.
– Ah, oui, c’est magique et magnifique !
– Magnifique peut-être mais magique, pas du tout, répond Peppa. C’est de la physique, tout simplement ! 

– Encooooooore ?
– Bien sûr.  La patineuse suit la loi de conservation du moment cinétique !
– Oh, encore une de ces lois bizarres ? Le moment quoi ?
– Le moment cinétique, répond fièrement Peppa. Tu n’as donc pas écouté ce que nous a expliqué le coach pour le lancer du ballon de rugby ?
– Je ne m’en souviens plus.
– Bon, je te réexplique. Le moment cinétique est une grandeur qui est utile pour décrire quelque chose en rotation, ici la patineuse ! Il fait intervenir la masse, la vitesse de rotation et la distance entre l’axe de rotation et le point le plus éloigné, ici c’est le point de ses doigts.
– Mais ça m’a l’air bien compliqué tout ça, s’écrie George. Et puis, à quoi ça sert ?
– Le moment cinétique se calcule simplement. C’est le produit masse x vitesse x distance des différents points de l’objet par rapport à l’axe de rotation. Eh bien, ce calcul donne une valeur constante ce qui signifie que lorsque la patineuse resserre ses bras et jambes, la répartition de la masse est modifiée et la patineuse est plus proche de l’axe. La distance diminue… donc pour conserver son moment cinétique, sa vitesse augmente !
– Ahhhh, c’est pour ça qu’elle accélère ?
– Voilà, oui !
– Bien ! Et si on allait voir du côté du ski alpin ? demande Porcinet qui semble dubitatif !
– Qu’est-ce qui te préoccupe Porcinet ?
– J’aimerais skier mais j’ai trop peur de tomber…
– Le coach nous a expliqué qu’il fallait beaucoup s’entraîner et choisir de « bons » ski ! Tu sais, le matériel est très important.
– Ah bon, à ce point-là ?
– Oui, il y a beaucoup de contraintes pour les lames de ski qui doivent résister aux courbures, aux intenses chocs, aux vibrations, à la glisse sur neige et pierres (abrasion), au froid, à l’eau …
Ce sont donc des objets de haute technologie !
– Ben alors, comment faire pour supporter tout cela ?
– L’astuce c’est de faire appel à des matériaux « composite »
– Encore, un drôle de mot.
– C’est un matériau « sandwich » en quelque sorte. Il est fait de différentes couches et chacune d’elles possède des propriétés intéressantes.
– Eh regardez, il y a aussi un sportif là-bas avec un long bâton ! s’écrie George
– Oui, c’est une perche et ça lui permet de sauter très haut !
– Mais sans perche, on parvient pourtant à sauter, non ?
– Oui évidemment ! Le sportif qui saute subit les lois de Newton. Comme tu le sais la gravité est toujours présente donc sauter très haut l’oblige à aller à l’encontre du poids et ce n’est pas si simple ! Cela demande de l’entraînement et plusieurs astuces !
– Ah bon, lesquelles ?
– Eh bien, l’athlète accélère le plus possible en courant et saute en cherchant l’accélération verticale la plus forte possible. En fait, accompagner l’accélération par un efficace mouvement de balancier des bras peut faire une énorme différence !
– C’est une histoire de centre de gravité qui se trouve déplacé vers le haut.
Plier les jambes, juste avant de décoller peut également faire toute la différence !
– Et donc avec une perche ?
– Figure-toi que c’est l’une des disciplines les plus difficiles car les athlètes doivent courir vite, avoir la force de se soulever en agrippant la perche et contrôler leur mouvement lors de la phase où ils sont en suspension dans l’air.
– Mais tu as vu la perche se plie énormément !
– Effectivement, une grande flexion permet une plus grande détente de la perche : c’est d’autant plus efficace. Evidemment le matériau de la perche est capital ! Ces dernières années, les fibres de carbone et de verre ont permis aux athlètes de se surpasser et de battre plusieurs records !
Philippo qui n’en a pas perdu une miette est tout fier d’annoncer :
– Le record dépasse actuellement les 6 m ! Vous vous rendez compte ?
– Oui et là encore, c’est un matériau composite !
Peppa est heureuse de sa balade sportive ! Elle a appris beaucoup de choses sur les sports mais aussi sur les sciences derrière toute pratique sportive. Elle est convaincue que ces sciences sont absolument nécessaires pour être performant et pour pratiquer en toute sécurité. C’est décidé, elle fera de la recherche pour tenter d’aider les sportifs ! Peut-être découvrira-t-elle un matériau aux propriétés incroyables et sa récompense pourrait être un prix Nobel !
Et toi ? Le sport te branche ?