Les leviers : ami ou ennemi du sportif ?

Les leviers font partie du domaine de la physique. Je vais donc essayer de vous expliquer ce qu’est un levier, même si vous n’avez aucune notion de physique 🙂 allons-y !

Un levier, c’est quoi ?

J’ai lu plusieurs définitions, mais la plus intéressante pour comprendre son intérêt dans le sport est la suivante : « Barre rigide reposant sur un appui (P) et sur laquelle agissent une force motrice (Fm) et une force résistante (Fr), qui fait contrepoids »

Pour vous aider à comprendre ce que sont les forces motrices et résistantes, prenons l’exemple d’un lancé de balle en l’air :

  • Force motrice : produite par les muscles que l’on a utilisé pour lancer la balle en l’air (force dirigée vers le haut)
  • Force résistante : c’est la force qui s’oppose à la force motrice. Donc dans ce cas-ci, il s’agit de la gravité terrestre (force dirigée vers le bas (centre de la terre))

Voici la légende pour comprendre les schémas :

Fm : Force motrice
Xm : Distance entre le point d’appui et la force motrice
Fr : Force résistante
Xr : Distance entre le point d’appui et la force résistante
P : Point d’appui
N : Réaction du poids d’appui (principe d’action/réaction de Newton)

Il y a 3 types de leviers :

 

Le levier de type 1

Pour vous donner un exemple connu de tous, c’est le principe de la balançoire où chacun s’assied à une extrémité ! En langage plus technique, le point d’appui (P) se trouve entre la force motrice (Fm) et la force résistante (Fr)

Le levier du type 1, principe de la balançoire

En règle générale, on en tire toujours avantage ! A l’exception d’une condition : si vous, qui pesez 70 kilos, allez vous asseoir d’un côté de la balançoire et que votre ami, pesant également 70 kilos, va s’asseoir de l’autre côté : nous aboutirons à un équilibre. Il n’y a donc ni avantage, ni désavantage.

Au niveau du corps humain, le levier du premier genre se retrouve rarement. Lorsqu’il est présent, il joue surtout un rôle d’équilibration, comme au niveau coxo-fémorale ou encore occipito-atloïdienne.

 

Le levier de type 2

A nouveau, voici un exemple pratique : lorsque vous soulevez une brouette, vous utilisez le levier de type 2 ! La force résistante se trouve entre le point d’appui et la force motrice

Le levier du type 2, principe de la brouette

Le levier du deuxième genre, étant très souvent un avantage mécanique, se retrouve au niveau de l’articulation tibio-tarsienne ou au niveau du maxillaire inférieur (mâchoire). D’une manière générale, et comme le levier de premier genre, ce type de levier se retrouve rarement dans le corps humain.

Le levier de type 3

Concernant ce dernier type de levier, la force motrice se trouve entre le point d’appui et la force résistante. Et … il s’en dégage très souvent un désavantage mécanique. L’exemple pratique : tenir une canne à pêche.

Le levier du type 3

Le levier du troisième genre, contrairement aux 2 précédents, se retrouve énormément dans le corps humain. Celui-ci permet de produire des mouvements rapides et de grande amplitude.

Comme nous retrouvons ce type de levier fréquemment dans le corps humain, on peut donc en déduire qu’il intervient également dans la pratique sportive. Voici une formule qui va nous permettre de calculer la force motrice ou résistante dans un type d’exercice (exemple plus bas) :

 

Du concret ? Dirigeons-nous vers la gymnastique !

Un athlète d’une grande taille se présente à un club de gymnastique. Celui-ci a décidé de commencer la pratique de la gymnastique sportive et d’atteindre un niveau régional. Après une série de tests physiques, on remarque qu’au niveau de ses abdominaux, il est aussi fort que ses condisciples. Or, une fois dans les barres parallèles, celui-ci est incapable d’effectuer une équerre pendant plus d’une seconde. Pourquoi ?

Nous sommes en présence d’un cas de levier de type 1. La force résistante (= la force de gravité) agit au centre de gravité de l’athlète. La force motrice, permettant l’élévation des jambes et de maintenir la position, est produite à partir des muscles abdominaux situés derrière le point d’appui (= les poignets).

Le facteur conséquent dans cet exemple, c’est la taille des athlètes. En effet, la taille des jambes de notre athlète est beaucoup plus grande que celle de ses condisciples. Du coup, plus la distance résistante (Xr) est grande, plus la force motrice générée par les abdominaux doit être grande.

En conclusion, nous devrons prévoir pour ce nouveau venu des séances de musculation des abdominaux. En effet, il ne peut pas se permettre de produire autant de force que les autres, abdominalement parlant. Il doit produire bien plus de force, à cause de son grand levier !

 

Direction la salle de musculation !

Un jour, j’ai fait de la musculation avec un ami. Je précise au passage que je mesure 2,02 mètres et que Nicolas, bien plus petit que moi, ne culmine qu’à 1,7 mètre.

Lorsqu’on est arrivé à la machine à biceps, je me suis étonné que je soulevais la même charge maximale que Nicolas, alors que d’habitude je soulève des charges bien plus lourdes que lui ! Comment cela se fait-il ?

Deux athlètes face à une machine à biceps

Dans cet exemple, nous nous retrouvons face au troisième type de leviers. La force motrice est produite au niveau du biceps tandis que la force résistante, la charge, se situe à bout de bras.

Comme j’ai un avant-bras plus long que Nicolas, je dois donc développer plus de force pour soulever la même charge que Nicolas. Du coup, sachant cela, nous pouvons aisément déduire que je génère plus de force que Nicolas lors du soulèvement de notre charge maximale, alors que nous ne changeons pas le poids soulevé !

 

Et en chiffre, ça donne quoi … ?

Reprenons notre exemple sur la musculation et, grâce à la formule indiquée plus haut dans le texte, calculons tout ça :

Considérons que la charge choisie est de 30 kilos (300 N), que la taille de mon avant bras est de 0,38 m, que celui de Nicolas est de 0,29m, et que la distance séparant le pivot à la force motrice est de 0,02m :

Avoir de longs membres n’est pas très avantageant …

Être grand … c’est une plaie, alors ?

Dans l’absolu, oui. Maintenant, il s’agit d’exemple vraiment ciblé ! Dans les sports collectifs, par exemple, les leviers ont rarement une importance capitale pour arriver à de bons résultats. Maintenant, si une personne de grande taille pratique un sport qui nécessite une parfaite maîtrise du corps où la force est également nécessaire, il va devoir se muscler bien plus qu’un autre et être vigilant concernant sa ligne, car les kilos en trop auront un effet encore plus dévastateur et ils vont avoir un effet de déséquilibrage qui devra être encore compensé par les muscles !

 

Conclusion

Dans la pratique sportive, les leviers ne sont pas spécialement des amis car il s’agit généralement des leviers de type 3. Donc, on aura plus tendance à combattre ces leviers, plutôt que ces leviers ne nous aident dans nos mouvements 🙁

Concrètement dans la pratique sportive, vous comprendrez désormais que :

  • Si vous êtes grand et que vous commencez la gymnastique, vous aurez plus difficile qu’un autre novice d’une taille inférieure et à corpulence égale.
  • Si vous soulevez un objet, il faut l’amener le plus possible contre votre corps afin de diminuer le bras de levier (et donc éviter que le dos ne force trop !)
  • Si vous allez à la musculation avec un ami et qu’il soulève la même charge maximale que vous, vous n’êtes pas nécessairement de la même force. Celui qui a les plus longs bras/jambes est le plus fort. Attention, ceci n’est valable que pour les machines qui placent les poids à bout de bras/pieds.
  • Si vous allez pêcher, plus votre canne sera longue, plus vous devrez avoir de la force dans les bras.
  • Si vous faites de l’aérobic, vous avez certainement déjà pris des petits poids dans les mains et tendus vos bras à l’horizontale pendant 1-2 minutes. Si vous avez de grands bras, vous allez avoir bien plus difficile qu’un(e) autre !
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