Salto con pértiga

Análisis cinemático des mouvements d'une perchiste

Le saut à la perche est souvent considéré comme la discipline la plus technique de l'athlétisme. L'athlète doit coordonner une course d'élan rapide, un plant de perche précis, un retournement gymnique et un franchissement aérien, le tout en quelques secondes. Derrière cette prouesse sportive se cache une physique remarquable : l'energía cinética de la course est convertie en énergie élastique dans la perche, puis en energía potencial de pesanteur au sommet du saut. Sergueï Bubka, premier homme à franchir 6 mètres, illustre la perfection de cette conversion énergétique. Mais l'energía mecánica finale est-elle vraiment égale à l'énergie initiale ? L'athlète apporte-t-il un supplément d'énergie par son travail musculaire ? Esta actividad propose d'utiliser l'outil d'análisis cinemático de FizziQ pour décortiquer chaque phase du mouvement, calculer les énergies en jeu et répondre à ces questions fascinantes.

Learning objectives:

El alumno analiza une vidéo de saut à la perche image par image avec le module cinématique de FizziQ. Il identifie les phases du mouvement (butée, retournement, redressement, lâcher, apogée), calcule les vitesses Vx et Vy, et réalise un bilan énergétique complet. L'analyse révèle que l'athlète ajoute de l'énergie au système par son travail musculaire.

FizziQ

Autor:

Duración:

50-60

Lo que harán los estudiantes:

'- Utiliser le module d'análisis cinemático de FizziQ pour pointer les positions d'un athlète
- Identifier les différentes phases d'un mouvement complexe
- Calculer les composantes horizontale et verticale de la vitesse
- Réaliser un bilan énergétique (energía cinética, potentielle, élastique)
- Analyser les transferts d'énergie et identifier le travail musculaire de l'athlète

Conceptos científicos:

'- Cinématique du point
- Transferts d'energía mecánica
- Énergie potentielle élastique
- Énergie cinétique et potentielle de pesanteur
- Conservation et non-conservación de la energía
- Biomécanique sportive

Sensores:

'- Module d'análisis cinemático (pointage vidéo)
- Caméra (lecture vidéo image par image)

What is required:

'- Smartphone o tableta con FizziQ
- Vidéo "Saut à la perche" de la bibliothèque FizziQ
- Cuaderno de experiencias FizziQ

Procedimiento experimental:

Ouvre el vídeo Saut à la perche en l'outil Cinématique de FizziQ.
Mets el vídeo à l'échelle en utilisant un repère de dimension connue, puis pointe les différentes positions de l'athlète image par image.
Quelle partie du corps as-tu choisi para le pointage ? Explique pourquoi ce choix es important para l'analyse.
Étudie la trayectoria de l'athlète en tu cuaderno. Identifie les différentes étapes du mouvement : la butée, le retournement, le redressement, le lâcher y l'apogée.
Ajoute à tu cuaderno les vitesses Vx y Vy de l'athlète. Sur el gráfico Vx, identifie le moment de la butée y celui du lâcher.
Sur el gráfico Vy, détermine le moment de l'apogée (Vy = 0) y celui où la perche es détendue.
Ajoute à tu cuaderno l'energía potencial y cinétique en supposant que l'athlète pèse 55 kg y que le poids de la perche es négligeable.
L'energía mecánica est-elle conservée au cours du saut ? Où disparaît l'énergie manquante ?
Estime l'énergie maximale stockée en la perche sous forme élastique.
En comparant l'energía mecánica initiale y finale, détermine si une énergie supplémentaire a été ajoutée par l'athlète au système.
Quels mouvements de l'athlète ont pu fournir cette énergie additionnelle ? À quel moment du saut ?
Documente ton analyse complète en ajoutant du texte y des photos en ton cuaderno de experiencias.

Resultados esperados:

La trajectoire montre un mouvement complexe en plusieurs phases bien distinctes. La vitesse horizontale Vx chute brutalement au moment de la butée (de ~9 m/s à ~2 m/s) puis se stabilise à une faible valeur après le lâcher. La vitesse verticale Vy passe par zéro à l'apogée. L'energía cinética initiale (environ 2200 J pour 55 kg à 9 m/s) se convertit partiellement en energía potencial (~2700 J à 5 m de hauteur). La différence positive (environ 500 J) provient du travail musculaire de l'athlète, principalement pendant le retournement et le redressement. Le bruit de pointage peut introduire des fluctuations de ±5 % sur les vitesses calculées.

Preguntas científicas:

'- Pourquoi le choix du point de pointage sur le corps de l'athlète influence-t-il les résultats ?
- D'où provient l'énergie supplémentaire observée entre le début et la fin du saut ?
- Quel rôle joue l'élasticité de la perche dans la performance ?
- Pourquoi l'energía mecánica n'est-elle pas conservée malgré l'absence apparente de frottements importants ?
- Comment un athlète pourrait-il optimiser sa technique pour gagner quelques centimètres supplémentaires ?

Explicaciones científicas:

Le saut à la perche es l'un des mouvements sportifs les más complexes, combinant course, conversion d'energía cinética en élastique, y mouvement gymnique. L'analyse cinématique révèle plusieurs phases distinctes : la course d'élan où l'athlète accumule de l'energía cinética horizontale (Ec = ½mv²), la butée où la perche es plantée en le butoir, la flexion où la perche se plie en convertissant l'energía cinética en energía potencial élastique (Epe = ½kx²), le retournement, la détente de la perche, le redressement y enfin le lâcher suivi de l'apogée.

Sur el gráfico de vitesse horizontale (Vx), la butée apparaît comme une décélération brutale, y le lâcher comme une stabilisation à faible vitesse. Sur el gráfico de vitesse verticale (Vy), l'apogée correspond au moment où Vy = 0.

Le bilan énergétique montre que l'energía mecánica finale au moment du franchissement es généralement supérieure à l'énergie initiale en fin de course d'élan. Cette énergie additionnelle provient du travail musculaire de l'athlète pendant le saut, notamment lors du retournement y du redressement. Un sauteur élite de 70 kg courant à 9 m/s possède une energía cinética initiale d'environ 2800 J. La perche peut stocker jusqu'à 1500-2000 J, y l'athlète peut ajouter 400-600 J par son travail musculaire.

La complexité technique de ce mouvement explique pourquoi cette discipline nécessite des années de formation spécifique. Cette analyse illustre la puissance de la physique para comprendre y optimiser les performances sportives.

Actividades de ampliación:

'- Comparer le saut à la perche avec un saut en hauteur pour analyser les différences de conversion énergétique
- Étudier l'influence de la vitesse de course d'élan sur la hauteur franchie
- Analyser un saut raté pour identifier les erreurs techniques
- Comparer les sauts masculins et féminins en termes de vitesse et d'énergie

Preguntas frecuentes:

Q: ¿Cómo choisir le point de pointage sur l'athlète ?
R: Le centro de masa est le point idéal, souvent approximé par le bassin ou la hanche. Le casque ou la tête sont plus visibles mais suivent des trajectoires légèrement différentes du centro de masa, surtout pendant le retournement.

Q: ¿Cómo fonctionne le module d'análisis cinemático de FizziQ ?
R: Le module permet de pointer image par image la position d'un objet sur une vidéo. FizziQ calcule automatiquement la trajectoire, la vitesse et l'accélération, et génère les graphiques correspondants que l'on peut ajouter au cuaderno de experiencias.

Q: ¿Por qué l'energía mecánica finale est-elle supérieure à l'énergie initiale ?
R: L'athlète fournit un travail musculaire supplémentaire pendant le saut, notamment lors du retournement et du redressement. Ce travail interne ajoute de l'énergie au système, ce qui explique que la hauteur franchie dépasse ce que permettrait la seule conversion de l'energía cinética initiale.

Q: ¿Quéles sont les principales fuentes de error ?
R: Les erreurs proviennent principalement de la précision du pointage (±1 pixel), de l'étalonnage de l'échelle, des effets de perspective de la caméra, et du choix du point de suivi sur le corps de l'athlète.