M9 Modes fluides (natation/cyclisme/aviron)

Topique

Dans les sports impliquant un déplacement dans un milieu fluide, comme la natation, le cyclisme, l'aviron ou le ski nautique, la résistance hydrodynamique ou aérodynamique subie par l'athlète est généralement l'un des principaux facteurs limitant sa performance.

En natation, la résistance active subie par le nageur augmente approximativement avec le carré de sa vitesse, de façon analogue à la résistance aérodynamique établie dans un autre modèle de cet ensemble. Son intensité dépend fortement de la position et de la forme hydrodynamique du corps, ainsi que de la technique de nage.

La propulsion du nageur est générée par l'interaction de ses bras et de ses jambes avec l'eau. Conformément à la troisième loi de Newton, également établie dans un autre modèle de cet ensemble, le nageur exerce des forces sur l'eau et subit des forces de réaction qui contribuent à son mouvement vers l'avant. La main et le bras peuvent agir comme des surfaces propulsives qui produisent simultanément des composantes de portance et de résistance, comme décrit dans un autre modèle de cet ensemble consacré à la portance générée par le bras et la main du nageur.

En cyclisme, à haute vitesse, une part importante de la puissance générée par le cycliste sert à vaincre la résistance aérodynamique, également décrite dans un autre modèle de ce cadre. Le nombre de Reynolds caractérise le régime d'écoulement autour du corps de l'athlète et permet de relier sa vitesse, ses dimensions corporelles caractéristiques et les propriétés du fluide. En natation, les valeurs typiques du nombre de Reynolds correspondent à un écoulement où les effets turbulents prédominent, et où des phénomènes de transition et de décollement peuvent se produire autour du corps. La poussée d'Archimède joue également un rôle dans l'eau. Selon le principe d'Archimède, la force de flottabilité subie par l'athlète influence sa position corporelle et l'effort nécessaire pour se maintenir à flot. Cette position, à son tour, modifie la résistance hydrodynamique et, par conséquent, la puissance nécessaire au déplacement. L'efficacité de la nage peut être exprimée comme le rapport entre la puissance propulsive utile et la puissance mécanique totale générée par le nageur, ce qui correspond au modèle de ce cadre reliant l'énergie mécanique utile à la dépense énergétique métabolique. À puissance mécanique disponible égale, une réduction de la résistance hydrodynamique permet d'allouer une plus grande fraction de cette puissance au déplacement utile et, par conséquent, d'accroître l'efficacité de la nage.

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