Analyse cinétique et cinématique Flashcards
(100 cards)
1
Q
Qu’est-ce qu’un vecteur et un scalaire?
A
Un vecteur est une entité mathématique définie par deux valeurs numériques lesquelles décrivent la longueur et la direction du vecteur. (vitesse, position, moment de force)
Un scalaire est une grandeur définie par un nombre. (masse, temps, distance)
2
Q
Qu’est- ce que l’orientation du vecteur résultant de force donne ?
A
La direction de la force
3
Q
Comment on fait pour trouver l’orientation d’un vecteur ?
A
Tan (angle) = ( Fy / Fx)
4
Q
Comment trouver les composantes de la force selon les axes à l’aide de l’amplitude de la force résultante?
A
Cos (angle) = côté adjacent sur hypo (Fx/Fr)
Sin (angle) = côté opposé sur hypo (Fy/Fr)
Équation vectorielle : A= Axi+Ayj+Azk
5
Q
Loi des sinus
A
Lorsque le triangle n’est pas rectangle
sina/A + sinb/B + sinc/C
Voir la loi des cosinus
6
Q
Comment calcule-t-on le produit scalaire?
Lorsque le produit est égale à zéro, qu’est-ce que cela indique?
A
A X B=ABcos(angle)
l’angle entre les deux vecteurs est de 90° car cos(90°) = 0.
7
Q
Qu’est-ce que l’analyse qualitative du mouvement?
Le mouvement est mesurer comment?
A
Description du mouvement à l’aide des axes et des plans anatomiques
Le mouvement n’est pas mesuré objectivement, mais subjectivement parce qu’on le qualifie (exemple : grande amplitude de mouvement, vitesse rapide, vitesse lente, mouvement dans le plan frontal, autour de l’axe transverse…).
8
Q
Quels sont les avantages et désavantages d’une analyse qualitative du mouvement?
A
Avantages : -Facile à réaliser -Peu coûteuse parce qu'elle ne requière pas d'équipement sophistiqué -L'interprétation est facile pour des mouvements simple
Désavantages:
- Peu précise, pas d’appareil de mesure
-l’interprétation est difficile pour des
mouvements complexes
- Peut facilement être discréditée/ contesté
par l’analyse quantitative (mesures précises des mouvements à l’aide d’appareils sophistiqués !) –> Important d’avoir des équipements avec précision pour exemple mesurer la force
9
Q
Quels sont les aspects importants de l’analyse qualitative du mouvement
A
- Décrire le mouvement des segments
corporels par rapport aux articulations - Déterminer autour de quels axes et quels plans ces mouvements s’effectuent
10
Q
Pourquoi il faut limiter les mouvement répétitif aux limites articulaires?
A
Parce que en étirant les fibres musculaires, ça augmente la tension au niveau des fibres et augmente l’usure ( augmentation des risques de blessures)
11
Q
Qu’est-ce que mesure le goniomètre ?
A
la rotation ( exemple du genou) Mesure l'angle
12
Q
Cette personne travaille debout, ainsi elle tape sur le clavier d’ordinateur avec une extension du poignet de 70°.
D’après vous, pourquoi risque‐t‐elle de développer une blessure musculosquelettique au poignet ?
A
La tension au niveau du poignet est très élevé. La limite est de 70 alors il est en extension complète. Il étire son muscle pour l’extension du poignet, mais on veut raccourcir pour fléchir les doigts. Donc, ça augmente fortement les forces des muscles , des tendons et des ligaments. Alors, augmente les risque de blessures musculosquettique au niveau du poignet
13
Q
Comment décrire le mouvement des segments corporels à l’aide de l’analyse qualitative?
A
- On transpose au niveau de chaque articulation les axes et les plans anatomiques.
- Le mouvement à l’articulation s’effectue autour d’un axe de rotation qui est perpendiculaire au plan dans lequel le segment se déplace.
- On identifie le début et la fin du mouvement.
IMPORTANT : Si le mouvement est complexe, il est préférable de le diviser en plusieurs phases (p. ex., mouvement sportif).
14
Q
Quels sont les étapes à suivre lors d’une analyse qualitative?
A
- Diviser le mouvement en séquences temporelles (spécifique à chaque tâche motrice ou sportive).
- Utiliser les plans et axes anatomiques pour décrire le mouvement.
- Identifier les articulations impliquées dans le création du mouvement.
- Identifier les groupes musculaires prédominants à chaque articulation et déterminer le type de contraction musculaire (concentrique, excentrique, isométrique).
- Contraction concentrique = rétrécissement des fibres musculaires;
- Contraction excentrique = élongation des fibres musculaires;
- Contraction isométrique = aucune variation de la longueur des fibres musculaire.
- Identifier la direction des moments de force aux articulations lorsqu’il y a des accélérations angulaires.
- Finalement, identifier les instants où l’amplitude articulaire sont maximales.
15
Q
Qu’est-ce qu’un moment de force ?
A
Lorsque la ligne d’action d’une force est excentrée par rapport à l’axe de rotation ou le centre de masse de l’objet, la force crée une rotation. Cette rotation est causée par un moment de force. ( La force ne passe par l’axe de rotation)
UN MOMENT DE FORCE EST UN VECTEUR DONC POSSÈDE UNE DIRECTION
16
Q
Quel est l’équation du moment de force ?
A
M= r X F NE PAS CHANGER L'ORDRE M= Moment de force (Newton par mètre)Nm r = Bras de levier F = Force ( utiliser la règle de la main droite pour la direction du moment de force)
17
Q
Qu’est-ce qu’un bras de levier?
A
Distance perpendiculaire entre l’axe de rotation et la ligne d’action de la force. L’angle entre ces deux vecteurs est 90°
18
Q
Rotation anti-horaire et horaire?
A
Rotation anti-horaire –> positive
Rotation horaire –> négative
19
Q
Quel est la définition du bras de levier de force et de résistance?
A
Levier (bras) de la force (LF) : distance perpendiculaire entre la ligne d’action de la force (F) et l’axe de rotation (appui). La force est une action motrice.
Levier (bras) de la résistance (LR) : distance perpendiculaire entre la ligne d’action de la résistance (R) et l’axe de rotation (appui). La résistance est un objet ayant une masse.
20
Q
Qu’est-ce qu’un avantage mécanique (AM) et quel est son équation?
De plus, distinguer le type de levier.
A
L’avantage mécanique, AM, d’un système de levier est le rapport entre le levier de la force et le levier de la résistance.
AM =Lf/Lr
Si AM > 1, alors efficace (force plus grand que la résistance)–> levier inter- résistance ( l’humain en possède pas, mais présent dans les activités sportives et l’environnement) et inter-appui (l’humain en possède peu, mais on peut interagir avec un type de levier c’est-à-dire augmenter sa longueur de force)
Si AM < 1, alors inefficace ( Résistance plus grand que la force) –> Levier inter-moteur ( le plus commun chez l’humain)
Si AM = 1, alors l’efficacité du levier est nulle (Force est égale è la résistance)
Voir tableau diapo 42
21
Q
Est‐ce toujours possible d’augmenter la longueur du levier de la force afin d’obtenir un bon avantage mécanique ?
A
Non, au niveau du corps humain c’est inter-moteur principalement. On ne peut pas changer l’insertion et l’origine d’un muscle pour augmenter AM .
22
Q
Quelappareilpermetdemesurerl’équilibre?
A
Uneplateformedeforceouunsenseurinertielpositionnéauniveauducentre
demasse(sacrumhauteurdescrêtesiliaquessupérieures)
23
Q
Quelappareilpermetdemesurerlacinématiqued’unesegment?
A
Descamérasdigitalesouoptoélectronique,oudessenseurs
électromagnétiques.
24
Q
Oùdoit-onposerdesmarqueurspourmesurerunmouvementparticulier?
A
Lesmarqueursdoiventêtrelocalisésauxpointsanatomiques.
25
Quel appareil permet de mesurer les tremblements d’une personne ?
Un accéléromètre permet de mesurer les tremblements. Il est également
possible de mesurer les tremblements à l’aide de caméras digitales et à partir de la position
calculer l’accélération. Toutefois, cette approche exige plus de connaissance et de ressource !
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Définition de la caméra digitale et la caméra optoélectronique et l’émetteur électromagnétique.
La caméra digitale capte la réflexion de la lumière sur des marqueurs réfléchissants (marqueurs passifs).--> mesurer les pixels pour mesurer la position
La caméra optoélectronique capte des signaux infrarouge (marqueurs actifs).
L’émetteur électromagnétique émet un champ électromagnétique, lequel est capté par un récepteur.
Ces appareils permettent de quantifier objectivement la position des segments dans l’espace soit la position cartésienne (x,y,z) de chaque marqueur. ( la cinématique d'un mouvement)
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Qu'est ce que la précision temporel de la mesure? --> trop faible pour décrire le mouvement
La fréquence d’échantillonnage d’un signal fait référence à la quantité d’information lue à la seconde.(plus le temps est petit plus que la fréquence est grande
* Si la fréquence d’échantillonnage est de 100 Hz, alors 100 mesures à la seconde sont effectuées.
* Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée, plus la précision temporelle est meilleure.
* La fréquence d’échantillonnage adéquate varie en fonction du geste étudié :
* Une fréquence de 25‐50 Hz permet d’étudier la marche ;
* Une fréquence de 50‐100 Hz permet d’étudier la course ;
* Une fréquence de 200 Hz, permet d’étudier le sprint ;
* Une fréquence de 500 Hz permet d’étudier des impacts.
Théorème de Nyquist‐Shannon : La fréquence d’échantillonnage d’un signal doit être égale ou supérieure à deux fois la fréquence maximale du signale contenue dans ce signal.
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Qu'est-ce que la précision spatiale de la mesure?
La précision des appareils de mesure varie; elle dépend de plusieurs facteurs.
* Plus une images digitales contient des pixels, plus elle sera précise. La technologie haute définition (HD) propose des images avec 1920 x 1080 pixels.
* Bien entendu, plus l’image contient de pixels plus les fichiers seront volumineux.
29
Les avantages et désavantages de la structure de calibration ( caméra digital) ?
* La structure de calibration permet de déterminer la relation entre le nombre de pixels et la distance physique connue entre deux marqueurs.
* La résolution d’une image numérique correspond au nombre de pixels. Plus il y a de pixels, plus la résolution est bonne.
AVANTAGES
- Système facile à utiliser
- Système peu coûteux
- Très bonne précision, comparable aux autres systèmes d’analyse du mouvement
- Pas de câble entre les marqueurs passifs et l’ordinateur, très utile lors de l’analyse du mouvement en sport.
- Plus il y a de pixels pour une distance donnée, plus la précision de la mesure sera bonne.
DÉSAVANTAGES
• Temps de traitement des images peut être long comparativement aux systèmes avec marqueurs actifs.
• Par contre, maintenant les logiciels de détection des marqueurs s’améliorent beaucoup et le temps de traitement est relativement rapide.
• Lorsque le contraste entre le marqueur passif et l’arrière de l’image n’est pas optimal, les logiciels de détection de la position des marqueurs ne peuvent faire le travail.
• Il est impératif d’obtenir un bon contraste avec l’arrière scène.
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Quels sont les avantages et désavantages de la caméra optoélectronique?
*Diodes émettent de la lumière dans le domaine de l’infrarouge : marqueurs actifs
AVANTAGES
‐ Mesures précises
‐ Traitement des données très rapide DÉSAVANTAGES
‐ Cordons reliant les diodes à l’ordinateur
‐ Très coûteux (5,000$ – 200,000$)
(mauvaise idée de faire les films d'une gymnase qui fait des sauts)
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L'analyse cinématique : un bon positionnement des marqueurs est primordiale
* Positionnés aux articulations, les marqueurs (passifs ou actifs) permettent de connaître la position des articulations.
* La position linéaire des marqueurs étant connue, il est possible de calculer l’angle formé par trois marqueurs. ( sauf pour la caméra digital qui ne permet pas de calculer des angles)
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Quels sont les avantages et désavantages des senseurs électromagnétiques?
AVANTAGES
• Les coordonnées des senseurs sont accessibles immédiatement (c.‐à‐d., pas de digitalisation).
• L’orientation et la position cartésienne
des senseurs sont connues immédiatement (c.‐à‐d., pas de calcul d’angle à faire).
• Pas besoin de calibration. Le champ électromagnétique est déjà calibré (référentiel laboratoire (bloc gris – sur la droite)).
• Pas d’obstruction comme les systèmes optiques puisque le champ électromagnétique passe à travers le corps humain.
DÉSAVANTAGES
• Courte portée du champ électromagnétique, il est difficile de quantifier le mouvement lors d’un déplacement de plus de 2 mètres.
• Ne peut pas être utilisé lorsqu’il y a des structures métalliques. (exemple : Pas pour en ergonomie du travail près des structures métalliques )
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Quels sont les avantages et désavantages de l'électrogoniomètre?
Quel est sa calibration?
AVANTAGE
‐ Abordable et relativement précis pour des mouvements selon un plan.
DÉSAVANTAGES
‐ Peut nuire aux mouvements
‐ L’axe du potentiomètre peut bouger avec le glissement de la peau lors de tâches dynamiques.
‐ Si l’axe de rotation de l’articulation n’est pas aligné avec l’axe de rotation de l’électrogoniomètre, les valeurs d’angle seront faussées.
Calibration : l’utilisateur fait une correspondance entre l’angle en degré et la valeur de voltage mesurée à l’aide de l’électrogoniomètre.
- Convention de voltage est converti en angle angulaire
- Règle de trois entre le voltage et angle mesuré
- Mesurer directement l’angle entre deux segments
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ANALYSE CINÉMATIQUE
Quels appareils permettent de mesurer l'oriantation, la vitesse angulaire et l'accélération d'un segment (par rapport un vecteur de force gravitationnel) ?
Donnez les avantages et désavantages
LES SENSEURS INERTIELS (ANALYSE CINÉMATIQUE)--> Permet de mesurer la cinématique des mouvements en temps réel (quantifier)
Gyroscope : Mesure la vitesse de rotation au niveau des axes.
Inclinomètre : Mesurer l'angle par rapport à sa ligne d'action (orientation d'un segment)
Accéléromètre: Un accéléromètre permet de calculer les accélérations linéaires selon les trois axes du plan cartésien.
AVANTAGES
• Très précis pour mesurer l’orientation d’un segment en trois dimensions (c.‐à‐d., rotation autour des axes x, y et z).
• La dérivée de l’angle donnera la vitesse angulaire du segment. Un microcontrôleur dans l’appareil
• calcule automatiquement la vitesse angulaire.
DÉSAVANTAGES
‐ Sensible au choc (fragile)
‐ Référentiel inertiel (champ électromagnétique terrestre – référentiel laboratoire).
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Qu'est- ce que le senseur inertiel mesure?
Senseur inertiel = mesure l’orientation, la vitesse angulaire et accélération linéaire
LE SENSEUR INERTIELLE NE CALCULE PAS LE MOMENT DE FORCE, mais plutôt avec les mesure du senseur inertielle et un modele biomécanique à partir du moment de force et la vitesse angulaire, on peut calculé la puissance
AVANTAGES :
-Ces senseurs permettent de mesurer la cinématique angulaire sans restriction car il n’y a pas de fil entre les senseurs et l’ordinateur (communication sans fil : technologie bluetooth).
-L’acquisition sur une longue durée (p. ex., plus de 10 secondes) engendre un décalage en amplitude du signal. Par conséquent, il est préférable d’enregistrer le mouvement sur une courte durée, si possible,
et faire une calibration avant chaque essai.
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Qu'est-ce qui permet de calculer l'angle et la vitesse angulaire du tronc et à qui il est plus nécessaire de faire ce test et pourquoi?
-L’inclinomètre et le gyroscope collectent l’angle et la vitesse angulaire du tronc.
- Les personnes en perte d'autonomie à haut risque de chuter ( les personnes âgées) ont une vitesse angulaire du tronc beaucoup plus élevé que les jeunes. 85% des personnes qui se fracturent la jambes meurt après un an.
- Pour quantifier la stabilité de vos patients:
Faire un test de locomotion sur 10 mètres, après pendant 8 semaines prescrire des exercices qui permet d'améliorer la stabilité et refaire le test de locomotion pour voir si ça diminuer. Si diminuer = efficace.
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Quels sont les avantages des accéléromètres qui mesure les accélérations linéaires?
AVANTAGES
• Très sensible aux variations de vitesse (accélération):peut servir à détecter un début de mouvement;
• Très sensible au choc et aux vibrations;
• Accélération tangentielle/angulaire;
• L’accéléromètre uni‐axial positionné sur la partie distale et toujours orienté dans la direction du mouvement mesurera l’accélération tangentielle.
• Il est préférable d’utiliser un accéléromètre triaxial afin de de mesurer les accélérations selon les trois axes.
• Référentiel inertiel (accélération gravitationnelle = 9.81 m/s2);
• L’accéléromètre est utilisé afin de quantifier les tremblements (maladie neurologique, fatigue musculaire, stabilité,...) ou les impacts.
Quantifier des tremblement chez les personne atteint de maladie neurologique ( exemle : parkinson)
Sécrétion de dopamine pas l’activité physique pourrait amener une diminution des tremblements atteints de parkinson.. possibilité de documenter ce facteur avec un ajout d’un entrainement physique
L’activité physique a amène un changement en augmentant la sécrétion de la dopamine et donc diminuer less tremblements
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Qu'est-ce que la plateforme de force?
| CINÉTIQUE
* Quantification de la cinétique ( force et moment de force)
* Elle permet de mesurer trois forces (Fx, Fy, Fz) et trois moments de force (Mx, My, Mz).
* Afin de quantifier l’équilibre d’une personne, on calcule à l’aide d’un logiciel tel que Matlab le point d’application de la force résultante lequel représente le centre de pression.
* Les moments sont autours de chaque axe.
* Plus la vitesse du centre de pression et l’excursion du centre de pression sont élevées, plus l’équilibre de la personne est précaire.
* Les mesures sont très précises.
Peut quantifier l'équilibre et l'amplitude de l'impact.
Exemple à se poser :
Quels sont les effets de la vitesse de course et de différents matériaux sur l’amplitude de la force verticale lors de l’impact en course à pied ?
La force verticale est plus grande lorsque les matériaux sont dures (panneau supérieur) et lorsque le vitesse de course est grande (panneau inférieur).
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Relation du déplacement du centre de pression
| CINÉTIQUE
* Le déplacement du centre de pression varie dans le temps en fonction de la stabilité de la personne.
* Plus l’amplitude du déplacement du centre pression est grand, plus la personne est instable.
* Plus l’amplitude des déplacements du centre de pression est grand, plus un effort musculaire est nécessaire afin de maintenir l’équilibre.
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Quels sont les effets de la prise de médicaments pour l'équilibre?
Effet de la prise de médicament sur le contrôle de l'équilibre—> pourrait amener des chute à des personnes. Donc, 5h après la prise de médicament exemple : rester assis pour éviter les risque de blessures —> l’équilibre ( après 10 heures, retour à l’équilibre normal)
Certains médicaments augmentent l’amplitude des oscillations posturales. Les personnes âgées qui prennent ces médicaments sont plus à risque de chuter puisque l’amplitude des oscillations posturales
et la vitesse de celles‐ci sont reliés au risque de chute.
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Que permet de faire l'analyse comparative de l'analyse cinématique et cinétique?
Comprendre les mécanismes reliés à l’apparition d’une blessure musculosquelettique.
L’analyse cinématique (description du mouvement) et l’analyse cinétique (causes du mouvement) permettent de déterminer si une personne est plus à risque de blessure dû à l’utilisation de stratégies motrices anormales ou aussi pour un athlète qui vient de se blesser.
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Qu'est-ce que les jauges de forces?
| CINÉTIQUE
-Certaines jauges mesurent seulement la force de compression et d’étirement (c.‐à‐d., 2 dimensions).
‐ Certaines jauges mesurent les trois forces (x,y,z) et les trois moments (autour des axes x,y,z)
- mesurer la force qui varie dans le temps
-Donne la force maximal , mais pas la variabilité de la force ( indicateur de la performance sportive (+ variable= moins efficace)
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Qu'est-ce qui permet de mesurer le moment de force en fonction de la vitesse de mouvement? (jauge de force)
CINÉTIQUE
* Certains appareils, tel que Cybex, permettent de quantifier le moment de force au niveau d’une articulation en fonction de la vitesse de mouvement. (Quantifier le moment de force en flexion et extension)
* L’articulation est isolée ainsi les autres articulations ne participent pas à la génération de la force; il n’est pas possible de mesurer si la personne peut coordonner deux articulations (p. ex., hanche et genou) lors de l’exécution d’une tâche réalisée sans contraintes mécanique (p. ex., levé d’une chaise).
* Il est possible de quantifier objectivement le déficit d’une personne atteinte d’un trouble neurologique ou musculosquelettique.
•Comparer le moment de force avec une norme.. si son moment de force est de 130N quand il est en santé et que là il est à 100Newton —> alors l’athlète n’est pas encore à son meilleur
On peut mesurer la cheville, épaule, coup, poud, etc.
• Désavantage :
on isole une articulation , et dans un mouvement il n’a pas nécessairement une articulation
Ne mesure pas la synergie
Capacité fonctionnel d’une seule articulation
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Comment calculer les forces de pression sous le pied ?
| CINÉTIQUE
* Permet de quantifier les points de pression sur toute la surface du pied.
* Précision est fonction de la grandeur du pied, le pied est divisé en 256 parties..
* Utiliser pour ajouter des orthèse, prothèse
45
Qu'est-ce que le moment de force lors d'un moment sans contrainte?
CINÉTIQUE
Le calcul du moment de force à une articulation nécessite un modèle biomécanique parfois complexe
Très difficile à calculer lorsqu’il y a plus de deux segments d’impliqués dans le mouvement et que le mouvement est dynamique (l’accélération n’est pas nulle) et effectué en trois dimensions (c.‐à‐d., selon les trois plans).
Bien que connaître la position angulaire d’un segment par rapport à un autre peut renseigner sur la possibilité d’un stress musculosquelettique (p. ex., atteinte de la limite articulaire), le moment de force musculaire et les forces de réaction quantifient directement l’effort musculaire (moment résultant à l’articulation) et le stress à l’articulation (forces de réaction)
Permet d’estimer le stress musculosquelettique soit les forces de réaction (compression et cisaillement) au niveau d’une articulation et de calculer la force musculaire permettant de maintenir le segment en équilibre ou pour réaliser le mouvement.
46
Comment mesurer l'activité électromyographique (ÉMG)
* La mesure de l’ÉMG exige de l’expérience de la part de l’utilisateur.
* Le traitement du signal ÉMG requière des connaissances en traitement de signaux et des compétences en programmation.
* L’ÉMG permet de :
* détecter les muscles impliqués dans la tâche;
* de quantifier l’amplitude et le temps de l’activité musculaire; • mesurer l’ordre d’entrée en action de différents muscles (c.‐à‐ d., synergies musculaires).
* détecter le présence de fatigue musculaire;
* d’identifier des pathologies neuromusculaires.
Quantifié électrode positionné au niveau du muscle ( point moteur du muscle) , mesure une différence du potentiel au niveau des fibres musculaires ( variation de voltage associé à la contraction musculaire )
Mesurer les synergie musculaires ( à quel moment les muscle sont activé s’ils sont activé pendant le mouvement.
47
Comment disposé les électrodes pour ÉMG?
- L’électrode est positionnée au centre du muscle orientée selon les fibres musculaires du muscle.
- L’électrode est positionnée au point moteur du muscle afin d’optimiser la qualité du signal électromyographique.
- Si l’électrode est loin du point moteur, l’amplitude du signal et la bande de fréquence du signal électromyographique sont atténuées.
Quantifié électrode positionné au niveau du muscle ( point moteur du muscle) , mesure une différence du potentiel au niveau des fibres musculaires ( variation de voltage associé à la contraction musculaire )
Mesurer les synergie musculaires ( à quel moment les muscle sont activé s’ils sont activé pendant le mouvement).
48
Comment mesurer la fatigue musculaire ?
* Il est possible mesurer la fatigue musculaire à l’aide de l’analyse spectrale de l’activité électromyographique. (ÉMG) (Déterminer le spectre de fréquence du signal électromyographique)
* Lorsque la fréquence médiane diminue (c.‐à‐d., plus basse fréquence), ceci est un indicateur de l’apparition de fatigue musculaire.
49
Comment mesurer la force musculaire (déployé par le muscle) ?
- La mesure de l’activité musculaire (ÉMG) permet de quantifier l’effort musculaire par rapport à une contraction de référence (p. ex., charge externe) ou la force maximale d’un muscle.
- La force musculaire n’est pas LINÉAIREMENT reliée à l’amplitude de l’activité musculaire (Les trois courbe ne sont pas une droite, les muscle sont différents, la relation des muscle est différente).
50
Calibration de l'activité électromyographique
EXEMPLE DE CALIBRATION : CHARGE EXTERNE
La personne maintient une charge de 5 kg dans sa main, par exemple. L’amplitude moyen du signal électromyographique est de 2 volts. De fait, si la personne réalise une tâche et que l’amplificateur électromyographique indique 4 volts, cela suggère que la personne fait un travail équivalent (attention : comme mentionné sur la diapositive précédent la relation entre la force et l’amplitude du signal ÉMG n’est pas linéaire) à 10 kg.
EXEMPLE DE CALIBRATION : FORCE MAXIMALE
Il est possible de normaliser le signal ÉMG par rapport à la force maximale de la personne. La personne réalise une contraction maximale. La valeur maximale, par exemple est de 5 volts sot, 100% de la force maximale. À l’aide d’une simple règle de trois, il est possible de normaliser la force d’un muscle en fonction de son effort maximal.
Cette manière de normaliser l’amplitude du signal ÉMG a des désavantages :
• la personne n’est pas motivée;
• la tâche ne permette pas d’isoler un seul muscle;
• la personne a une blessure musculosquelettique,
• On mesure que les muscles superficiels et non profonds
51
Quelle est la différence entre le bruit blanc et le bruit provenant d’erreurs expérimentales ;
À partir des données de position, il est possible de calculer la vitesse et l’accélération à l’aide de la dérivée numérique. Cependant, il n’est pas possible de dériver directement les données brutes à cause du bruit numérique (signal + noise). Bruit : variation de voltage du signal
La variation aléatoire du signal est connue sous le nom de bruit blanc ou bruit numérique. Ce bruit provient de l’imprécision des appareils de mesure, du signal électrique (Hydro‐Québec), des champs électromagnétiques autour des files,...
Bref, il est impératif de réduire ce bruit avant de calculer la dérivée d’un signal de position afin d’obtenir la vitesse ou l’accélération en fonction du temps.
52
Spectre de fréquence d'un signal
Tous les signaux qui existent sont représenter par la sommation des sinus de différent phase et amplitude ( somme des sinus différent amplitude et phase peut représenter n'importe quelle signal au carré)
53
Spectre de fréquence : filtrage
Déterminer le spectre de fréquence du signal permet de séparer le signal du bruit.
Le mouvement humain est inférieur à 10 Hz. De fait, les fréquences supérieures à 10 Hz sont normalement du bruit numérique. Afin d’atténuer le bruit, on utilise un filtre.
Le filtre agit sur les composantes spectrales du signal.
Une distinction aussi nette entre le signal et le bruit ne s’observe généralement pas. Normalement, il y a une zone où le signal et le bruit se chevauchent.
On atténue le bruit parce qu'il est difficile de l'éliminer
Voir diapo 93 et 94
54
Qu'est-ce que l'avantage cinématique ?
L’avantage cinématique est le rapport entre le levier de la résistance et le levier de la force. De fait, c’est l’inverse de l’avantage mécanique.
• Lorsque le bras de force est inférieur au bras de résistance, le système possède un avantage cinématique important.
AC =LR/LF
L’avantage cinématique exprime l’amplitude du déplacement ou la rapidité du mouvement.
Lors de la flexion du coude, un petit rétrécissement des fibres musculaires (Δd) cause un grand déplacement du poignet (ΔD). Ainsi, le levier de type inter‐ moteur a un avantage cinématique important !
Une petite variation de la longueur du muscle se traduit en une grande variation d’angle au bout du segment. (Petit mouvement fibre musculaire =peut faire de grande amplitude)
Corps humain, avantage mécanique inefficace , mais avantage cinématique efficace
55
Les fléchisseurs plantaires développent une force de 12 500 N. Cette force est située à 4 cm de la cheville. Si la résistance est de 2500 N, quel est son bras de levier?
LF x F = LR x R
0,04 x 12 500 = LR x 2500
LR = (12 500 x 0,04)/2500
LR = 0,20 m
56
Avec l'avant-bras à l'horizontale, quelle est la force musculaire des fléchisseurs du coude si leur bras de levier est de 2 cm ? Le poids de l'avant-bras de 20 N se situe à 15 cm du coude et un poids de 40 N se trouve à 30 cm du coude.
ΣM : Somme des moments de force
Mf : Moment de force de la force musculaire
MPa-b : Moment de force du poids de l'avant-bras
MP : Moment de force du poids situé sur l'avant-bras
ΣM = 0
-Mf + MPa-b + MP = 0
-(FF x LF) + (Pa-b x La-b) + (P x LP) = 0
-(FF x 0,02) + (20 x 0,15) + (40 x 0,30) = 0
(FF x 0,02) = (20 x 0,15) + (40 x 0,30)
FF = ((20 x 0,15) + (40 x 0,30))/0,02
FF = 750 N
57
Qu'est-ce que la masse?
C’est la quantité de matière contenue dans un corps (unité kg). La masse résiste à un changement d’accélération linéaire.
58
Qu'est-ce que le poids?
C’est une force exprimée en Newton (N), reflétant l’effet de l’accélération gravitationnelle (g) = 9.81 m/s2 sur la masse d’un objet ou d’un segment.
59
Le centre de masse
* La force gravitationnelle s’exerce au centre de masse global d’un segment.
* La connaissance de la position du centre de masse d’un segment permet d’étudier la cinématique (c.‐à‐d., décrire le mouvement) et la cinétique (décrire les causes du mouvement) du segment.
* Si la force gravitationnelle n’est pas combler par une autre force, alors le segment ne sera pas en équilibre statique.
* Le centre de masse correspond à l’endroit où la masse d’un objet ou d’un segment est également répartie.
* Tout segment (ou objet) a un centre de masse bien défini en lequel tout le poids peut être considéré comme concentré.
* En position anatomique, le centre de masse est approximativement entre les crêtes iliaques supérieurs. (Chaque partie du corps humaine a un entre de masse)
• Le centre de masse est en fonction de la distribution de la masse
Exemple : si masse à la même distance = Cm au milieu
Si deux masse à gauche et une à droite = Cm plus vers la gauche
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Pourquoi calculer le centre de masse?
La connaissance de la position du centre de masse d’un segment, nous permet de :
• Calculer l’effet du poids de ce segment;
• Calculer les forces de réaction à
l’articulation;
* Calculer l’effort musculaire nécessaire pour maintenir le segment en équilibre ou réaliser un mouvement;
* Décrire la cinématique (c.‐à‐d., position, vitesse et accélération) du centre de masse du segment ou global (corporel).
* La connaissance de la position du centre de masse est utile pour appliquer certains principes biomécaniques permettant d’optimiser le mouvement humain!!!!
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Quels sont les effets de l'orientation du corps sur la position du centre de masse?
* Le centre de masse corporel, en position anatomique, est normalement positionné au niveau de la deuxième vertèbre sacrée (S2). (Somme algébrique des centres de masses par rapport au segment)
* Toutefois, lors de mouvements des membres, le centre de masse corporel se déplace. Il n’est pas nécessairement localisé sur notre corps; il peut être à l’extérieur de notre corps.
* Le mouvement des bras vers le haut déplacement le centre de masse global vers le haut alors que l’abduction de la jambe (droite) déplacement celui‐ci vers la droite.
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Quel est l'équation pour trouver le centre de masse?
```
X = Somme(mixi) / M ,
Y = miyi/M ,
Z = mizi/M
```
```
M = masse totale
mi = masse du segment
xi = position du centre de masse du segment selon l'axe X
Xcm = position du centre de masse total selon l'axe X
```
* La position du centre de masse global est la somme algébrique de la position de tous les centres de masse des segments divisée par la masse totale.
* Le centre de masse (CM) d’un segment possède toujours les mêmes coordonnées cartésiennes. Toutefois, le CM global dépend de la position de chaque CM segmentaire.
* Ainsi, le CM global varie en fonction de l’orientation des segments.
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Un astronaute a la même configuration cinématique (position des segments les uns par rapport aux autres) sur la terre et sur la lune.
Question : Est‐ce que son centre de masse est localisé au même endroit dans les deux situations ?
Oui, parce que la masse de l'astronaute est la même dans les deux situations c'est seulement le poids qui change ce qui n'affecte pas le centre de masse
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Principe de biomécanique : Équilibre
• Le contact avec le sol délimite la base de support (synonyme: base de sustentation, le polygone de sustentation).
Base de support représente les 4 membres ( exemple debout —> les deux pieds)
• La position du centre de masse, par rapport à cette base de support, est l’un des paramètres qui va déterminer notre équilibre. (base de support influencer par l'équilibre)
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Quels sont les différents facteurs qui modifie l'équilibre postural?
PAS DE RECOUVREMENT
• Lorsque nous sommes déstabilisés, nous effectuons un pas de recouvrement permettant d’augmenter la surface de la base de support. (Chaque pas de cours et un pas de recouvrement)
• Cette stratégie permet de ramener la position du centre de masse (vecteur W) à l’intérieur de la base de support. (Vecteur force gravitationnel se retrouve à l’intérieur de la base de support)
SURFACE DE LA BASE DE SUPPORT
• Plus la surface de la base de support est grande, plus la stabilité s’accroît et le risque de perte d’équilibre diminue.
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Quels sont les facteurs influençant la stabilité posturale?
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (CM)
• La hauteur du centre de masse influence la stabilité d’une personne. Un centre de masse bas permet un meilleur équilibre. (Centre de graviter plus bas permet d’améliorer l’équilibre)
• Deux personnes de même poids mais de taille différente n’auront pas leur centre de masse au même endroit. (personne de grande taille = CM plus haut qu'elle qui est plus petite --> effet de la distribution de la masse)
DIMENSION DE LA BASE DE SUPPORT :
• Une grande base de support permet une meilleure stabilité qu’une base de support réduite.
POIDS D’UNE PERSONNE :
• Un individu lourd aura plus de difficulté à reprendre son équilibre lors d’un déséquilibre car l’effort nécessaire pour vaincre la dynamique du déséquilibre est relié au poids et l’orientation (p. ex., écart par rapport à l’axe vertical) de celle‐ci.
• Comparativement à une personne légère, un effort supérieur sera nécessaire pour déséquilibrer une personne lourde car son inertie est supérieure. (Prend plus de force pour retourner à l’équilibre lorsque le poids de la personne est plus grande)
ADHÉRENCE ENTRE LES SURFACES DE CONTACT :
• Le manque d’adhérence au niveau de la surface de contacte (ex., glace noir l’hiver, huile,...) augmente les risques de déséquilibre car la friction entre la base de support est le sol est réduit dans ces circonstances.
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Qu'est-ce que le principe d'équilibre statique?
| Équation
La somme des moments doit être égale à zéro pour pouvoir être en équilibre
Somme (Ma)=0
h x P - b x W = 0
h x P = b x W
P : force de perturbation.
h : bras de levier de la force de perturbation. W : force gravitationnelle au centre de masse.
b : bras de levier de la force gravitationnelle. A : axe de rotation
• Si la force de perturbation ne déstabilise pas la personne, il y a équilibre puisque le centre de masse (ligne d’action de la force gravitationnelle) est à l’intérieur de la base de support
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Pourquoi la hauteur du centre de masse influence la stabilité posturale?
Voir diapo 17 cours 3
* Lorsque la force P bascule le bloc dans le sens horaire, tant et aussi longtemps que le centre de masse est à gauche de l’axe de rotation (coin inférieur droit du bloc), le moment de force dû au poids peut contrebalancer le moment de force causé par la force P; ces moments de force sont de direction opposée.
* Par contre, lorsque le centre de masse (cg) passe au‐dessus de l’axe de rotation (c.‐à‐d., centre de la figure – 3e) le moment dû au poids assiste le moment causé par la force P (à droite sur la figure).
* Pour passer d’un état stable (c.‐à‐d., à gauche sur la figure) à un état instable (c.‐à‐d., à droite sur la figure), le centre de masse s’est élevé d’une hauteur Δh. Par conséquent, un travail a été nécessaire afin d’élever la hauteur du CM donc l’énergie potentiel a de plus augmentée.
* Plus le centre de masse (CM) est bas, plus un grand déplacement vers le haut (Δh) du CM est nécessaire afin de créer un déséquilibre; cela exige plus de travail.
* Par contre, si le CM est élevé, un plus petit déplacement vers le haut (Δh) est nécessaire pour créer un déséquilibre; cela exige moins de travail.
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Quel est l'effet de la grandeur de la base de support sur le contrôle de l'équilibre?
* Lorsque la base de support est grande, l’effort nécessaire (c.‐à‐d., le travail) pour créer un déséquilibre est important car une plus grand élévation du centre de masse est nécessaire.
* Lorsque la base de support est petite, un effort moindre est nécessaire pour créer le déséquilibre car une petite élévation du centre de masse amènera le centre de masse à l’extérieur de la base de support.
Le déplacement du centre de pression vers l’avant ne dépasse pas 75% de la longueur du pied (base de support biomécanique). --> sinon la personne chute
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L'amorce de la marche
L’activation des muscles tibialis antérieurs (TA – jambier antérieur) permet le déplacement du centre pression (CoP) vers l’arrière, alors que l’activation des muscles soléaires (SOL) de la jambe gauche (jambe d’appui) déplace le centre de pression vers l’avant.
Le centre de pression se déplace vers l’arrière et vers la jambe qui effectue le pas, ensuite centre de pression se déplace vers le pied d’appuie
• Lors de l’amorce de la marche, le centre de pression (COP) se dirige vers l’arrière de la base de support et davantage vers le pied qui amorcera la marche. Ensuite le COP se dirige vers le pied de support. Ainsi, le centre de masse (COM) se déplace vers l’avant créant ainsi un déséquilibre vers l’avant.
• Une pathologie neurologique (PD : Parkinson disease) ou le vieillissement normale (Elderly) affecte l’amplitude du déplacement du centre de pression. De fait, ce processus n’est pas seulement mécanique.
Le contrôle actif des membres inférieur est important pour l’équilibre
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Quelle est la différence entre le centre de masse et le centre de pression ?
Centre de pression :
• Le centre de pression est le point d’application de la force résultante entre les pieds et le sol ( déplacement en x et z)
• L’activation des muscles des membres inférieurs permet de déplacer le centre de pression (CP) à l’intérieur de la base de support fonctionnelle.
Centre de masse :
• Le centre de masse global représente la distribution de la masse (CM) des différents segments corporels.
* Le CM est un concept physique. L’action musculaire des membres inférieurs déplace le CP afin de maintenir la position du CM à l’intérieur de la base de support et contrôler sa vitesse pour assurer l’équilibre.
* Le déplacement du CP peut également permettre un déséquilibre (CM se déplace vers l’avant) pour assister l’amorce de la marche.
* Le système nerveux central contrôle l’activation des muscles afin de déplacer le centre de pression.
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Oscillation du centre de masse te du centre de pression
Lorsque le CM passe devant le CP, il y a activation des muscles de la cheville (ou membres inférieurs) afin de déplacer le CP rapidement et ramener le CM à l’intérieur de la base de support fonctionnelle. Ce processus évite une chute ou la nécessité de produire un pas de recouvrement. De plus, on remarque que la fréquence des oscillations (c.‐à‐d., secousse : grande variation en amplitude en peu de temps) du CP est supérieure à celle du CM.
Permet de contrôler la position en CM
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Quel est le rôle de la position du CP et CM dans le contrôle de l'équilibre?
Diapo 26 cours 3
Le corps oscille comme un pendule inversé autour des chevilles. Le moment de force résultant autour des chevilles détermine l’état du corps. (Distance entre CP et CM va modifier l’équilibre)
Le CP et le CM sont sur la même ligne d’action, il y a équilibre; le moment résultant aux chevilles est égale à 0.
Le CP est devant le CM alors le moment résultant aux chevilles engendre un redressement du corps à la vertical.
Le CP est derrière le CM alors le moment résultant aux chevilles crée un moment négatif inclinant le corps vers l’avant.
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Quel estla relation entre équilibre postural et différence entre centre de pression (COP et centre de masse (COM)
Relation linéaire entre la distance entre CP et Cm ( distance du bras de levier) et l’accélération de CM
Plus l’écart entre le centre de masse et le centre de pression est grande (COP‐COM), plus l’accélération du centre de masse (CMA) est importante (panneau de droite).
Par conséquent, afin de maintenir son équilibre, il est préférable de réduite la distance entre le COP et le COM.
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Déplacement CP et CM : Effet d'une rétroaction sensorielle sur le contrôle de l'équilibre
Il est possible d’améliorer le contrôle de l’équilibre à l’aide de rétroactions auditives (panneau de droite).
Aide technique pour améliorer le contrôle de l’équilibre
L’amplitude des déplacements du CP et l’amplitude des déplacements du CM sont réduit avec rétroaction sensorielle.
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Relation entre CP et Cm (base de support)
* L’amplitude des déplacements du CP est plus importante que celle du CM. (augmentation du bras de levier)
* De plus, l’amplitude des déplacements du CP augmente lorsque la base de support diminue (principe biomécanique).
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Quel est la différence entre la stabilité du CM en fonction de la base de support?
* La diminution de la base de support entraîne une augmentation des déplacements du CP et du CM.
* La surface couverte par les déplacements du CP est nettement plus importante que celle du CM.
* La vitesse moyenne des oscillations du CP est aussi supérieure à celle du CM et est aussi fonction de la largeur de la base de support.
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Contrôle de l'équilibre : Limite biomécanique (base de support) versus limite neuromécanique
BASE DE SUPPORT BIOMÉCANIQUE :
La base de support biomécanique représente la longueur des pieds de la personne. (Le déplacement du centre de pression vers l’avant ne dépasse pas 75% de la longueur du pied (base de support biomécanique).
ATTENTION : la base de support fonctionnelle est plus petite que la longueur des pieds. (Base de support fonctionnelle: Capacité fonctionnelle de la personne de déplacer sa base de support fonctionnelle à l’intérieur de sa base de support biomécanique )
La base de support fonctionnelle diminue énormément avec l'âge!
LIMITE NEUROMÉCANIQUE :
La limite neuromécanique est déterminée par les capacités fonctionnelles de la personne (ex., vitesse de réaction à un déséquilibre, vitesse de production de force, amplitude de la force musculaire, base de support fonctionnelle,...).
Influencer par le vieillissement ( diminution de la capacité à produire rapidement une force)
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Quelle est la définition de la stabilité?
On définit en mécanique stabilité comme étant la capacité à retourner à son équilibre ! Ainsi, en posture orthostatique, la vitesse et la position du centre de masse doivent être maintenue à l’intérieur de la limite neuromécanique.
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Quelle est la biomécanique d'une perte d'équilibre et les conditions nécessaireS d'équilibre orthostatique?
BIOMÉCANIQUE D’UN PERTE D’ÉQUILIBRE
• Lorsque le centre de masse (CM) se déplace vers les limites de la base de support fonctionnelle, une action motrice doit freiner la quantité de mouvement (masse x vitesse du centre de masse) afin que la position du CM ne dépasse pas les limites de la base de support fonctionnelle.
LES CONDITIONS NÉCESSAIRES D'ÉQUILIBRE ORTHOSTATIQUE
• La position du CM (projection) par rapport à la base de support fonctionnelle doit résider à l’intérieur de la base de support fonctionnelle.
* La vitesse du CM doit être inférieure à une certaine vitesse limite laquelle est fonction de la position du CM à l’intérieur de la BSF et des capacités fonctionnelles de l’individu.
* La position du centre de pression doit rester à l’intérieur de la base de support fonctionnelle.
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Marge de stabilité et contrôle de l'équilibre
* La marge de stabilité représente la distance entre la position du centre de pression et la limite biomécanique (longueur du pied).
* Donc, lorsque la marge de stabilité diminue, le risque de déséquilibre augmente car le centre de pression (COP) s’approche de la limite de la base de support biomécanique.
* Ainsi, lorsqu’une personne s’incline vers l’avant, elle diminue sa marge de stabilité soit l’écart entre la position de son centre de pression et la limite antérieure de sa base de support biomécanique.
(Centre de pression plus loin des limiter biomécanique, augmente sa marge de stabilité donc augmente l’équilibre)
NOTE : La marge de stabilité idéalement devrait être quantifier par rapport à la base de support fonctionnelle. Toutefois, en clinique, il est plus facile de calculer la base de support biomécanique (c.‐ à‐d., la longueur des pieds).
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Quelle est la définition de la limite biomécanique et neuromécanique?
Limite neuromécanique : capacité fonctionnelle des personnes --> dépend d'une personne è l'autre tout dépendant des capacités fonctionneles de la personne.
Limite biomécanique : ne prend pas les capacité fonctionnelle des personnes
L’équilibre est dicté par la position et la vitesse du centre de masse. C’est deux paramètres doivent être sous la limite neuromécanique afin d’assurer le retour à l’équilibre lors d’une déstabilisation.
VOIR DIAPO 38 cours 3
VOIR DIAPO 39 cours 3 pour délimitation de la limite neuromécanique
83
Le contrôle de l'équilibre postural
L’équilibre postural est assuré aussi longtemps que le centre de masse demeure à l’intérieur du périmètre de la base de support fonctionnelle et que la vitesse du centre de masse soit inférieur à la limite neuromécanique. IMPORTANT!
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Mesures anthropométriques : Estimation de la masse segmentaire et positionnement du centre de masse
* La masse d’un segment est située en un seul point appelé le centre de masse. Toutes les forces externe agissent sur le centre de masse.
* Il existe plusieurs méthodes pour estimer la position du centre de masse d’un segment du corps humain.
ATTENTION, les différentes méthodes comportent certaines limitations :
– Nombre limité d’observations dans certains cas;
– Cadavres ont été utilisés (atrophie des tissus organique);
– Ne considèrent pas le type de morphologique (taille, musculature, âge, sexe...);
– Groupes homogènes (c.‐à‐d., caucasien seulement);
– Imagerie médicale, technique très prometteuse pour estimer avec une meilleure précision la position des centres de masses (toutefois, technique coûteuse !).
L’utilisation des tables anthropométriques est un outil permettant d’estimer objectivement la position de centres de masse.
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Méthodes de quantification de l'anthropométrie chez l'humain
* Étant donné l’existence de plusieurs méthodes de calcul de l’anthropométrie, il est important d’éviter d’utiliser différentes méthodes lors de l’analyse biomécanique du mouvement humain.
* Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients. L’utilisation de plus d’une méthode pour résoudre un problème pourrait créer des résultats erronés.
* Si possible, utilisez de préférence les mêmes tables anthropométriques.
Si on utilise plusieurs tables anthropométrique = accumulation d’erreur alors c’est mieux d’utiliser les même tables
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Estimation de la position des centres de masse de segments
La position du CM est un ratio de la longueur du segment.
• Le centre de masse d’un segment est référencé par rapport à deux référentiels (proximal ou distal).
ATTENTION : Les repères anatomiques entre les méthodes pour calculer la position du centre de masse d’un segment ne sont pas toujours les mêmes.
La somme algébrique de la position des centres de masses des segments correspond à la position global du centre de masse.
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La distribution de la masse segmentaire
Principe #2 : Les masses segmentaires les plus légères sont les plus éloignées du tronc. (Peut d’effort musculaire pour déplacer rapidement les segments avec un petite masse )
• L’effort musculaire nécessaire pour déplacer un segment dépend de sa masse et de la distance entre le centre de masse et l’axe de rotation.
* Les segments qui se déplacent le plus dans l’espace (ex. mains et pieds) sont les moins lourds; cela facilite l’action de ces segments (p. ex., lancer).
* Les masses segmentaires les plus lourdes, sont plus près du centre du corps.
• Lorsqu’une personne travaille dans une posture où le tronc est incliné vers l’avant cela crée des forces de réaction au niveau du dos très importante en plus d’un effort musculaire très important. (Force musculaire grande amplitude est de même amplitude mais ont une orientation opposé)
NOTE : La masse du haut du corps représente ~68% de la masse du corps !!!!! imp
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Quels paramètres qui s'oppose à la variation de la vitesse angulaire et linéaire?
Le moment d'inertie et la masse
La masse (m) représente la résistance d’un objet à l’accélération linéaire (c.‐à‐d., variation de vitesse linéaire).
Force (F) = M (masse) X a (accélération linéaire)
Le moment d’inertie (I) représente la résistance d’un objet à l’accélération angulaire (c.‐à‐d., variation de vitesse angulaire).
M (moment de force) = I (moment d'inertie) X Accélération angulaire
Équation du moment de force : produit vectoriel entre le bras de levier et la force :
M= R X F
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Quels sont les paramètres qui influencent le moment d'inertie?
Le moment d’inertie (I) dépend de trois paramètres à la fois :
* masse de l’objet;
* forme de l’objet, c’est‐à‐dire, de la distribution de la masse;
• distance entre l’axe de rotation et le centre de masse de l’objet.
Différence entre masse et moment d’inertie :
La position du centre de masse correspond au point d’équilibre de l’objet. La notion de moment d’inertie est plus complexe car elle dépend à la fois de la masse, de la distribution de la masse et de la
distance entre le centre de masse et l’axe de rotation. (Plus objet grand moment d’inertie = besoin plus de force)
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Qu'est-ce que le rayon giration et quel est son rôle (moment d'inertie) ?
RAYON DE GIRATION PAS UN MOMENT D'INERTIE
• La distribution de la masse, la forme de l’objet et le centre de rotation peuvent être regroupés sous un seul terme, le rayon de giration.
* Définition du rayon de giration : Le rayon de giration correspond à la distance entre l’axe de rotation et l’endroit où toute la masse de l’objet pourrait se situer autour de cet axe comme pour l’envelopper.
* Contrairement au centre de masse qui situe la matière en un seul point fixe, la notion de moment d’inertie concerne la distribution de la masse échelonnée le long d’un anneau très mince située à une distance fixe d’un centre de rotation.
* Pour un objet de forme complexe (p. ex., segment du corps humain), on trouve une forme circulaire équivalente.
* Ainsi, pour un bâton de baseball (c.‐à‐d., objet de forme complexe), le rayon de giration est la distance entre l’axe de rotation et un cercle virtuel dont la masse et le résistance à la variation de vitesse angulaire sont les mêmes que celles de l’objet (ici, le bâton de baseball).
* Le rayon de giration du bâton de baseball est légèrement au‐dessus de son centre de masse.
* Le rayon de giration (k) correspond à la distance entre l’axe de rotation et un cercle virtuel sur lequel toute la masse de l’objet serait répartie.
•Le rayon de giration n’est pas égale à la distance entre le centre de la masse et l’axe de rotation
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Calcul du moment d'inertie
Le moment d’inertie (I,Kgm^2) est composé de la masse (m, kg) de l’objet et son rayon de giration (k, m) :
I =mk^2
• Le moment d’inertie est influencé par la distribution de la masse. Ainsi, il varie en fonction de la positon de l’acrobate
• Le moment d’inertie s’exprime autour de chaque axe. Lors d’un simple mouvement, le moment d’inertie change car il y a un changement dans la distribution de la masse autour des axes.
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Comment calcule-t-on le rayon de giration?
* Les segments du corps humain ne sont pas symétrique et ils ne sont pas uniformes.
* Le moment d’inertie des segments du corps humain a été déterminé expérimentalement à partir de cadavres
* Le calcul du moment d’inertie des segments du corps humain a été effectué à partir du rayon de giration.
Le moment d’inertie des segments du corps humain a été calculé alors qu’ils oscillaient par rapport à la partie proximale, distale ou leur centre de masse.
I= mgrT^2 /4π^2
Le moment d’inertie est fonction de la masse (m), de la distance axe de
rotation centre de masse (r) et de la période d’oscillation.
Après le rayon de giration est calculé : K = racine carré (I/m)
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Le mouvement d'inertie sur le mouvement humain : Les coureurs
Sprinter :
Fléchi le plus la jambe ( talon fesses) : Diminution de la distance entre l'axe de rotation et CM des membres inférieurs Diminution du moment d'inertie de la jambe.
Augmentation de l'accélération angulaire
Coureur d'endurance :
Diminution de la dépense d'énergie (talon moins haut
Augmentation du moment d'inertie de ses membres inférieurs par rapport à la hanche.
Diminution de la vitesse
La vitesse et l'accélération angulaire est le contraire du moment d'inertie
94
Quel est la relation entre le moment de force, le moment d'inertie et la accélération angulaire?
```
T = I X α
T = moment de force
I = inertie
α = accélération angulaire
```
• Moment d'inertie est constant
Accélération angulaire augmente proportionnellement au moment de force
• Moment de force de la hanche est constante
Moment d'inertie augmente = accélération angulaire diminue (inversement proportionnel)
• Accélération angulaire constante
Moment de force augmente proportionnellement au moment d'inertie.
VOIR DIAPO 27 à 31 Cours 4
95
Principe biomécanique : L'impulsion linéaire
PRINCIPE BIOMÉCANIQUE : L’IMPULSION LINÉAIRE
Lorsqu’on applique une force contre un objet pour déplacer celui‐ci sur une trajectoire linéaire, nous pouvons modifier sa vitesse en manipulant deux paramètres :
1. L’amplitude de la force appliquée ;
2. Le temps d’application de cette force.
Par exemple, afin d’augmenter sa vitesse verticale ( donc la hauteur) un athlète peut augmenter l’amplitude de la force verticale de poussée ou le temps d’application de cette force.
Voir équation diapo 32 cours 4
L’impulsion représente l’aire sous la courbe de la relation entre la force et le temps.
(intégrale pour trouver l'aire sous la courbe)
Comment pourriez‐vous quantifier l’impulsion ?
Quand mesurer l’amplitude des athlètes ? Jauges de force (force sur l’axe vertical) et plateforme de force —> mesurer impact des coureurs (force vertical en fonction du temps)
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Principe biomécanique : Impulsion anguaire
L’impulsion angulaire permet de déplacer une segment autour d’un axe de rotation. La vitesse imposée au segment peut être modifiée en manipulant :
1. L’amplitude du moment de force à l’articulation ;
2. Le temps d’application du moment de force.
Voir équation diapo 33 cours 4
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Impulsion et quantité de moment : quantités vectorielles
L’impulsion qu’elle soit linéaire ou angulaire est un vecteur.
Vecteur (moment de force et force) : donc direction —> règle de la main droite
* Lorsque le moment de force à l’axe de rotation est dans la direction antihoraire, alors l’impulsion est positive. À l’inverse, si le moment de force est dans la direction horaire, alors l’impulsion angulaire est négative.
* Si la force créant l’impulsion linéaire est dirigée dans la direction positif d’un axe du référentiel cartésien, l’impulsion linéaire est positive. Au contraire, si la force est dirigée dans la direction négative d’une axe, l’impulsion linéaire est négative.
La quantité de moment linéaire et angulaire sont aussi des quantités vectorielles.
* Si l’impulsion angulaire cause une vitesse angulaire dans la direction antihoraire, alors cette vitesse est positive. Au contraire, si l’impulsion angulaire crée une vitesse angulaire du segment dans la direction horaire, alors la vitesse angulaire est négative.
* Si l’impulsion linéaire appliquée sur un objet fait en sorte que celui‐ci s’éloigne de l’origine du référentiel cartésien, alors la vitesse linéaire est positive et la quantité de moment linéaire est positive. Par contre, si l’objet se dirige vers l’origine suite à l’impulsion linéaire, la vitesse est négative ainsi que la quantité de moment linéaire.
Vitesse et impulsion à la même direction que la direction avec la main de la règle droite
Impulsion linéaire et angulaire c’est un vecteur avec une direction ( la quantité fait la direction)
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Quantité du moment angulaire
Voir équation diapo 35 cours 4
La manipulation de l’impulsion angulaire permet de modifier la quantité de moment angulaire d’un segment en rotation autour d’un axe.
La manipulation du moment d’inertie permet de modifier la quantité de moment angulaire. Ainsi, la
manipulation du moment d’inertie peut être un avantage pour un athlète.
Lorsqu’on modifie l’orientation des segment = modifie son moment d’inertie ( modification vitesse linéaire ou angulaire)
Lorsqu’une impulsion angulaire induit une quantité de moment angulaire à un objet, la quantité de moment angulaire demeure constant (invariable) en absence de moments externes (principe de la conservation de la quantité de moment angulaire).
* Si le moment d’inertie augmente (p. ex., la gymnaste étire ses bras), la vitesse angulaire diminue mais la quantité de mouvement angulaire est la même (invariable).
* Si le moment d’inertie diminue (la patineuse artistique rapproche ses mains près de son corps), la vitesse angulaire augmente, toutefois, la quantité de mouvement angulaire demeure constant.
Voir diapo 36 à 41 cours 4
99
Principe biomécanique : transfert de la quantité de moment angulaire
* D’une position couchée, l’arrêt brusque de l’extension des hanches, permet le transfert de la quantité de moment angulaire aux membres supérieurs car la quantité de moment angulaire ne peut pas s’évaporer.
* La quantité de moment angulaire des membres inférieurs est transférée aux membres supérieurs aidant la personne à se redresser.
Réduction de la quantité de moment angulaire:
Lors d’un smash au volleyball, le mouvement des membres inférieurs dans la direction opposée (rotation autour de l’axe vertical : direction négative selon l’axe Y) au mouvement des membres supérieurs (direction positive selon l’axe Y) permet de réduire la quantité de moment angulaire.
Pour stabiliser son corps dans l’espace , deux moments angulaire qui s’oppose (direction différente mais de même amplitude)
100
Équation à savoir pour les angles articulaires
Angle hanche = Angle cuisse - Angle tronc
Angle genou = Angle cuisse - Angle jambe
Angle cheville = Angle pied - Angle jambre - 90
