Physique des Olympiques : la science qui sous-tend les sports

Les Jeux de 2021 sont très différents des Jeux d’été précédents, mais les principes fondamentaux qui sous-tendent les sports ne changent pas.

Force, quantité de mouvement, gravité, torque, hydrodynamique, aérodynamique — tous les athlètes, peu importe le pays qu’ils représentent, sont soumis aux mêmes lois de la physique. Ceux qui atteignent le podium repoussent les limites de ce que le corps humain peut faire dans le cadre de ces lois universelles.

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Lorsqu’un archer tire la flèche vers l’arrière, l’arc et la corde emmagasinent de l’énergie potentielle, qui devient de l’énergie cinétique lorsque l’archer relâche la flèche. Les plumes constituent un empennage qui crée une traînée empêchant les turbulences de faire dévier la flèche.

 

Les plongeurs exploitent la 3^e loi du mouvement de Newton (toute force entraîne une force de réaction égale et opposée) en sautant avec force sur le tremplin pour acquérir une vélocité verticale. Ils doivent fléchir les hanches et les épaules pendant que leurs pieds sont encore en contact avec le tremplin; dans les airs, ils ne peuvent que raccourcir leur rayon dans la direction de rotation (en repliant les jambes et les bras) afin d’augmenter la vitesse de rotation.

 

Les gymnastes qui font une vrille exploitent la notion physique de moment angulaire. Lorsqu’ils plient les bras à l’intérieur en gardant les jambes collées, leur moment d’inertie diminue mais, en vertu de la conservation du moment angulaire, leur vélocité angulaire augmente.

 

Pour atteindre une hauteur maximale, les sauteurs à la perche et en hauteur arquent leur corps au-dessus de la barre, de telle sorte que leur centre de masse passe en réalité jusqu’à 20 cm sous la barre, ce qui exige moins d’énergie. Ce fut la grande innovation du saut Fosbury.

 

Un coup brossé fait en sorte que la balle subit l’effet Magnus, force aérodynamique qui « pousse » la balle vers le bas. De plus, la rotation se traduit par des vitesses de l’air différentes au-dessus et en dessous de la balle, ce qui, en vertu du principe de Bernouilli, crée une force supplémentaire vers le bas.

 

Pourquoi les sprinters de haut niveau ont-ils les bras si musclés? Des bras lourds compensent la quantité de mouvement des fortes jambes afin d’assurer la stabilité du corps. Lorsque les coudes sont pliés, les bras deviennent des pendules plus courts et se balancent plus rapidement.

 

Les rameurs doivent avoir un parfait équilibre entre taille et force. Un rameur plus grand est plus lourd, de sorte que le bateau s’enfonce davantage dans l’eau. Mais un rameur grand et fort compense cela par une poussée plus longue et plus puissante.

 

Un cycliste qui roule dans le sillage d’un autre peut gagner jusqu’à 40 % en efficacité par rapport à un cycliste roulant en solo à la même vitesse. Étonnamment, le cycliste qui est devant bénéficie aussi d’un léger gain : le cycliste qui est derrière lui remplit la poche d’air à basse pression qui autrement créerait une traînée.

 

Les surfeurs comptent sur un délicat équilibre des forces pour tenir debout. La flottabilité et l’hydrodynamique contrent la gravité, maintenant la planche et l’athlète à flot; le surfeur doit appliquer du poids en opposition aux couples mécaniques créés par les vagues, afin d’éviter une mauvaise chute.

 

La conservation de l’énergie aide les planchistes à défier en apparence la gravité. Lorsqu’ils plongent dans une demi-lune, ils transforment l’énergie potentielle gravitationnelle en énergie cinétique sous forme de vélocité, qu’ils utilisent pour se lancer vers l’autre côté et effectuer de belles manœuvres aériennes.