Ne pas courir

2007/02/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia
• Fisika

Il n'y a pas une seule façon de marcher. Vous pouvez aller lentement, vous pouvez aller vite et très vite. Et vous pouvez également courir. Mais courir n'est pas une façon de marcher. C'est un autre type de mouvement; marcher rapidement et courir sont des activités très différentes. Les athlètes courent en marche athlétique et courent en marathon.

Entre les deux sports il y a une grande différence biophysique. Et c'est que les juges de la marche utilisent une des caractéristiques de cette activité pour accepter la marche d'un participant : marcher implique toujours avoir une jambe en contact avec le sol, et c'est la principale condition de la marche athlétique : l'athlète ne peut pas avoir les deux jambes simultanément dans l'air. Ce serait courir et en cours est interdit.

Les biophysiques utilisent également la caractéristique d'avoir ou non des jambes dans l'air pour distinguer la marche et la course. L'homme a toujours une jambe quand il marche sur le sol. Aussi les animaux à deux pattes. Cependant, avec les animaux à quatre pattes la question n'était pas si claire. Le cheval, par exemple. Quand il court (en galop), il met les quatre pattes en même temps. Mais il a été très long de prendre conscience de cela. Jusqu'au développement de la photographie, il y a eu un débat intense autour de cette question.

Malgré deux ou quatre pattes, la seule différence entre marcher et courir n'est pas le récit entre jambes et terre, mais le mouvement de tout le corps. De plus, il ne s'agit pas d'une question purement mécanique, mais de l'influence de nombreux facteurs.

Un de ces facteurs est l'énergie. C'est un facteur très important, on peut dire qu'il est l'un des plus importants. Ainsi, une des premières étapes des biophysiques pour étudier la base de la locomotion est l'étude de l'énergie.

Pendule inverse

Du point de vue énergétique, la marche et la course sont totalement différentes. En marchant, une jambe pousse le sol tandis que l'autre avance. A un moment donné, il y a deux pieds au sol et le cycle se répète avec la deuxième jambe. Dans ce mouvement, le centre de masse du corps se comporte comme un pendule inverse, c'est-à-dire que le centre de masse suit la trajectoire d'un pendule qui tourne : la personne est au point le plus haut avec une jambe au sol et l'autre au milieu du passage, tandis que quand elle a les deux pieds au sol, le centre de masse est au point le plus bas. Au point le plus élevé, le corps présente un potentiel énergétique grâce à la gravité, atteignant la vitesse maximale au point le plus bas.

There is a rate of energy flow rate from which the instantaneous potential energy is converted in the current kinetic energy. L'énergie n'est pas conservée à 100%, entre autres par la flexion des genoux, mais l'être humain conserve environ 60% de l'énergie grâce au pendule inverse.

Quand vous courez, une autre chose se produit: le centre de masse du corps saute et à chaque étape, il est fait sauter. Au point le plus élevé, les deux jambes sont en même temps dans l'air. En ce moment, le centre de masse présente des hauteurs et des vitesses maximales. Une fois placé le pied sur le sol, vous perdez une grande partie de l'énergie qui était dans l'air. Toute la jambe (et le corps) doit se comporter comme un ressort pour profiter de l'énergie élastique et fournir de l'énergie au saut suivant. Le coût énergétique de la course est donc très élevé.

Pourquoi l'homme court ? Bien sûr, pour se déplacer à grande vitesse. Malgré la grande consommation d'énergie, vous pouvez échapper ou écraser. Dans de nombreux cas, la marche ne vous donne pas cette option, l'activité est trop lente. Malgré la rapidité, l'être humain doit courir pour atteindre la vitesse maximale.

Chez d'autres espèces, il en va de même, même si elles séparent l'énergie autrement. Par exemple, un lézard a le meilleur transfert d'énergie à faible vitesse, à beaucoup moins de vitesse qu'un mouton. Il comporte de nombreux facteurs, tels que la taille du corps, la forme et la présence ou non de tissus élastiques. Dans le cas d'une seule espèce, l'exploitation énergétique varie également avec l'âge du grain. Et, par conséquent, la vitesse du passage à la course change également.

Courir la course

La question est quand l'animal fait la transition entre les deux; en fonction de ce qui cesse de marcher et commence à courir. Cela a beaucoup à voir, mais ce n'est pas un facteur absolument décisif.

Ce qui est dit : du point de vue énergétique, s'il se déplace lentement, il vaut mieux marcher que courir. Autrement dit, courir très lentement dépense plus d'énergie que de le faire lentement. Mais à partir d'une certaine vitesse, le contraire se produit, courir est la meilleure façon de dépenser moins d'énergie.

C'est pourquoi les biophysiques croyaient que l'énergie est le principal facteur pour passer de la marche à la course. Si un animal qui marche commence à marcher de plus en plus vite, à un moment donné cesse de marcher et commence à courir. Quand ? Logiquement, au moment où vous devez consommer moins d'énergie que de courir. C'est logique, mais en réalité ce n'est pas le cas. Les expériences ont donné un autre résultat : les animaux - les êtres humains - commencent à courir avant que cela ne se produise. Les chevaux, par exemple, font ce changement bien avant.

La vitesse absolue de la transition varie d'une espèce à l'autre, mais il y a une caractéristique similaire chez toutes les espèces. Il est facilement compris dans les animaux à deux pattes. En marchant, sur le pendule inverse, le centre de masse du corps a un mouvement circulaire dans lequel intervient une force centripète. La force centripète est la force de la hanche à la base du sol.

En théorie, les animaux à deux pattes cessent de marcher à une vitesse équivalente à cette force centripète et à la force gravitationnelle sur le corps. Mais dans la pratique, ce n'est pas le cas, la transition se produit à une vitesse moindre. (La même chose se produit chez les animaux à quatre pattes, mais avec un modèle biophysique plus complexe).

Pour quantifier le rapport entre les forces, les biophysiques utilisent la proportion entre la force centripète et la force gravitationnelle, c'est-à-dire le rapport entre les deux. Le résultat de cette opération est appelé numéro Froude. En bref, les animaux commencent à courir lorsque le nombre de Froude est inférieur à un.

Facteurs supplémentaires

Le numéro Froude aide à savoir à quelle vitesse la transition se produit, mais n'explique pas pourquoi. Pourquoi arrêtez-vous de marcher quand courir est plus 'fatigué' que lui?

Personne ne connaît la réponse, parce que la locomotion est une activité très complexe, mais ils savent que la clé est dans cette complexité. Plus les caractéristiques sont prises en compte, mieux elles comprennent les variations de l'énergie dans la locomotion. Il est impossible d'étudier complètement la locomotion, toutes les caractéristiques et mouvements, mais on peut faire des approximations. Les mêmes modèles simples peuvent être améliorés.

D'une part, la marche n'est pas un pendule simple inverse, car les genoux se plient. En outre, les hanches se déplacent en balance et rotation lors de la marche.

D'autre part, courir est encore plus compliqué. Dans le modèle simple, le mouvement est dû à un ressort. Quels ressorts ? Car les chevilles, les genoux et les hanches. Les articulations. La réaction de ce mouvement sur le sol varie beaucoup d'un endroit à l'autre. Ce n'est pas la même chose de courir sur du sable, de l'herbe ou du ciment. (La marche varie également selon le sol, mais la variation est inférieure). L'être humain change le comportement des articulations en fonction du sol. L'homme change principalement le temps de contact de la jambe avec le sol et la distance dans laquelle le centre de masse se déplace verticalement.

Vue de près

Le bilan énergétique peut être encore amélioré en tenant compte non seulement des mouvements généraux, mais aussi des apports des composants. En bref, le mouvement du corps est la coordination de nombreux petits composants qui influencent la transmission et la consommation d'énergie.

Mais pas tous dans la même mesure. Les os maintiennent la structure du corps, mais ne produisent pas de mouvement. Les muscles, oui, font de la force et transmettent cette force aux articulations. Du point de vue de la physique, les muscles affectent un moment aux articulations. Cela signifie qu'ils transmettent une certaine quantité de force dans une certaine direction. Par conséquent, ceux qui analysent la locomotion étudient la dynamique articulaire.

La dynamique doit être analysée dans trois articulations: la cheville, le genou et la hanche. Dans la locomotion, les trois participent en même temps, mais aussi dans différentes tailles.

En marchant, la cheville est celle qui travaille le plus. Par exemple, quand au sol il y a une seule jambe, tous les muscles de la cheville fonctionnent. Marcher ne consomme pas beaucoup d'énergie, mais la plupart de ce que vous consommez est utilisé sur la cheville.

Courir nécessite beaucoup plus d'énergie dans les trois articulations. Le genou et la cheville sont ceux qui font le plus de travail mécanique. (Des deux, le genou est celui qui fait le plus de mouvement et plus de dépense énergétique, mais très peu, parce que la cheville fonctionne aussi beaucoup). Dans la dynamique de course, le genou est celui qui reçoit le plus d'énergie du saut et la cheville transmet la majeure partie de l'énergie nécessaire au saut suivant.

Il est difficile de mesurer la contribution de chaque articulation, mais c'est possible. Cependant, il est pratiquement impossible de mesurer les paramètres physiques de chacun des composants des articulations. Ce sont des courbes très complexes.

Dans les articulations se lient les os et les muscles par des tendons et des ligaments. Les tendons effectuent des liaisons musculaires et les ligaments sont à l'intersection osseuse. Selon les experts, la participation des muscles et des tendons à la transmission du moment est beaucoup plus grande que celle des ligaments, donc même en écartant les ligaments de l'étude, vous pouvez obtenir de bons résultats.

Les chercheurs de locomotion doivent absolument simplifier l'analyse. Vous n'obtiendrez jamais le modèle parfait de marche, course, monter les escaliers, descendre, etc. Mais ils s'approchent beaucoup.

Les modèles simples sont un très bon point de départ et chacun des facteurs qui ajoutent aux modèles améliore leur description. Ils savent que le changement de course est une question d'énergie, mais ils ne peuvent pas encore la mesurer avec précision. C'est peut-être impossible. La raison du changement est cachée dans les composants du corps. Cependant, ils savent où se trouve la limite entre ce qu'on entend et ce qu'on ne comprend pas, et que, à chaque étape, on s'approche de la réponse.