Le BMX et la physique

Un vélo ça peut voler ou tourner dans tous les sens mais comment il fait techniquement au fait ? Heureusement, les physiciens ont toujours réponse à tout.
La 1ere loi à connaître est la loi de la gravitation, ou loi de l'attraction universelle, c'est, avec la force électromagnétique, l'interaction faible, et l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. Elle est responsable de la chute des corps sous l'effet de la gravité, et de façon générale de l'attraction entre des corps ayant une masse, par exemple les planètes mais aussi un vélo avec un petit bonhomme dessus !

L'Inertie d'après Isaac Newton (17e siècle).
Quand un objet se trouve dans un état, il y reste si aucune force ne vient s'opposer à son immobilité. Par contre, si on applique une force sur l'objet, on peut vaincre cette inertie.  Donc si on pousse une roue, elle devrait avancer éternellement mais le frottement de l'air et du sol sur les roues fait que cette force s'arrête donc la roue aussi.
Le bike et le rider ont tout deux leur propre inertie. Si l'un s'arrête l'autre pas forcement donc si le bike est freiné, le bonhomme continue d'avancer jusqu'à ce qu'une autre force l'arrête style le sol par exemple.

Toute action entraine une réaction
Quand on exerce une force sur un objet, cet objet réagit et exerce une force identique à la force opposé, action = réaction.
Pour le cas du Bunny up, quand on pousse sur les pédales, la force engendrée provoque une action et la réaction est que la force opposée fait soulever les roues du sol. Il reste juste à contrôler la puissance de la poussée pour allez plus haut ou faire des variantes.

La Gravité, l'accélération de l'apesanteur
La terre exerce une force sur les corps qui les attire vers elle. La masse c'est la quantité de matière dont sont constitués les corps.
P = M+G (poids = masse + gravité). La masse ne change jamais tandis que la gravité dépend du diamètre et de la masse du corps sur lequel on se trouve.

G = 9,81 mètres par seconde au carré (sur la lune c'est 1,65m/s²). ce qui fait qu'en chute libre, tous les objets accélèrent de 9,81 m/s² donc la même vitesse, si on lâche au même moment un objet léger et un lourd, ils arriveront au sol en même temps, ils ont subi la même accélération (merci Galilée).
Pour éviter de tomber, d'échapper à l'attraction terrestre, il faut rester en équilibre et l'équilibre dépend du centre de gravité, plus il est haut plus c'est difficile de tenir.
Le bike perd l'équilibre et bascule dés que la gravité quitte la surface de sustentation, la surface sur laquelle repose le bike.
Il est plus facile de garder l'équilibre avec un bmx qu'avec un vtt simplement parce que lorsque le centre de gravité est plus bas, le vélo peut endurer de plus grandes inclinaisons avant que la ligne de gravité ne sorte de la surface de sustentation. Plus un pneu est gros donc il a de surface en contact avec le sol, plus l'équilibre sera facile également.

La force centrifuge – centripète
En faisant un cercle le rider crée une force centripète, le rider penche donc vers l'intérieur du cercle pour rester en équilibre. Si le cercle s'arrête net, on supprime la force centripète. Il reste donc la force opposé (la force centrifuge) mais le bike conserve partiellement son mouvement grâce à l'inertie justement.
Ce n'est donc pas la force centrifuge qui nous fait tomber mais l'inertie. C'est ce qui fait qu'on peut se pencher grave dans sans tomber un cercle qui va vite comme les rider qui roulent sur un wall vertical par exemple.
Il y a équilibre dans un système en rotation si toutes les forces s'annulent, y compris la force d'inertie "centrifuge" f=mv²/R.

Energie potentielle
C'est l'énergie emmagasinée sur une rampe, plus elle est haute, plus on en a donc plus on a de vitesse et de hauteur.
Ep = mXg X H masse fois accélération de l'apesanteur fois hauteur.

Energie cinétique (l'élan)
L'énergie cinétique (aussi appelée force vive) est l'énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L'énergie cinétique d'un corps est égale au travail nécessaire pour faire passer le dit corps du repos à son mouvement de translation ou de rotation.
Plus le rider descend moins il a d'énergie potentielle donc il s'arrête. En pompant dans la rampe le rider transforme l'énergie cinétique en potentielle et pareil en redescendant. Le rider aura autant d'énergie cinétique que potentielle donc il ne pourra pas aller plus haut que de là où il était précédemment. Si aucune force ne vient s'opposer au rider, il pourra alors tourner indéfiniment dans la rampe surtout s'il ne change pas de diretion (roll back) mais il y a les frottements de l'air et de la rampe sur les pneus donc il va s'arrêter vu que son énergie cinétique est plus faible que sont énergie potentielle.
Pour compenser cette énergie, les riders poussent sur les jambes en pompant et peuvent donc ainsi aller jusqu'à 4m de haut (en big).

Applications de la physique en flat
Il faut aussi intégrer la biomécanique du corps humain, un rider grand va avoir un centre d'équilibre plus haut qu'un petit sachant que le centre d'équilibre est au bassin et que l'on ride debout avec surtout une recherche d'équilibre sagittal…

Dans la jungle des cadres on voit des géométries différentes, cadres simples ou non, avec des adeptes de l'un ou l'autre selon leur riding et le fait d'avoir de la place sur le bike et tout cela combiné à une tendance au matos ultralight mais aussi le brakeless…
Que faut-il en penser? Et si tout le monde avait raison, à chacun sa façon de rouler?
Si on reprend l'article ci-dessus on voit d'abord l'importance de la gravité (poids=masse x gravité).
Cette gravité conditionne le centre de gravité, le point d'équilibre du bike et du rider.
Il faut aussi intégrer la biomécanique du corps humain, un rider grand va avoir un centre d'équilibre plus haut qu'un petit sachant que le centre d'équilibre est au bassin et que l'on ride debout avec surtout une recherche d'équilibre sagittal (avant-arrière)

Prenons 3 situations:
1/ Ceux qui roulent principalement sur l'avant.
L'arrière du bike est mobile mais doit permettre une bonne stabilité car le centre de gravité sera de toute façon sur l'avant et l'arrière sert alors de balancier permettant la recherche de l'équilibre.
Si on accepte ce concept de balance entre l'avant et l'arrière, s'ajoute une deuxième contrainte c'est l'inertie. Inertie: quand un objet se trouve dans un état, il y reste si aucune force ne vient s'opposer à son immobilité. Par contre, si on applique une force sur l'objet, on peut vaincre cette inertie
En roulant sur l'avant il faut une certaine réactivité (spinning, fire…) bref il faut que le bike puisse bouger rapidement, ce qui renforce l'idée d'un arrière plus léger, l'avant servant de pivot, d'appui, de centre de gravité créé par le bike et le rider pour permettre de vaincre cette inertie.

2/ A partir de ce centre de gravité la mobilisation en cercle ou en rond (à la Matthias par exemple) entraine une force centrifuge c'est à dire la force agissant sur le couple bike-rider ayant une trajectoire curviligne et tendant à le pousser radialement vers l'extérieur en direction opposée à celle de la force centripète exercée par la position inclinée du bike et du rider. On voit alors la stabilité que cela engendre car cette force entraine elle même un maintien du riding dans un équilibre non entravé et l'inertie est alors réduite au minimum.
Pour les riders adoptant ce dernier type de riding un cadre simple ou non. Léger et maniable suffit, la répartition avant -arrière des charges précédemment décrites n'a plus autant son importance, c'est le mouvement, l'énergie cinétique qui va créer la stabilité.
Le rider peut rouler de cette façon sur l'arrière ou l'avant de façon indifférente en ce qui concerne le centre de gravité surtout parce que son polygone de sustentation est relativement large et n'a plus autant besoin du balancier, il roule "à la verticale".
Cette énergie cinétique est alors entretenue en "pompant "et donc en relançant la force centrifuge. Bref ça tourne impec, bravo Matthias, après c'est plus compliqué pour retrouver des enchainements sans contrarier l'action des forces centrifuges et centripètes ; Laissez passer les artistes (Hiro…).

3/Pour les riders sur l'arrière, la position du bike et du rider entraine un centre de gravité ou d'équilibre sur l'arrière permettant une meilleur stabilité et une meilleur réactivité et un polygone de sustentation large et stable, l'avant sera donc allégé pour une moindre inertie, le riding très vertical. Reste qu'il y a le cadre mais aussi les roues etc… qui jouent ainsi que la position du rider très particulière dans ce cas.
Quand au brakeless, le rider réutilise l'inertie pour arrêter le bike sans tomber…il utilise les forces déjà décrites plus haut pour réaliser ces enchainements vertigineux.

Manu M.

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