Force d'impact d'un objet (personne) en mouvement

[totocolomb]

Bonjour à tous!
Je suis nouveau sur ce forum, et pas du tout scientifique (non pas que je ne m'y intéresse pas, mais je suis étudiant en langues...).
J'ai cherché partout sur google, mais n'arrive toujours pas à résoudre mon problème: je joue au football américain, et parmi les nombreuses statistiques dont je pourrai avoir besoin pour mon équipe, je m'intéresse à la force d'impact qu'aurait une personne en mouvement (en sprintant sur 40 mètres, et sur 5 mètres pour l'accélération). Ainsi j'aimerais savoir si vous auriez un calcul, plus ou moins possible, prenant en compte le poids d'une personne, et sa vitesse de déplacement (à l'accélération et en vitesse de pointe), qui donnerait en résultat sa force d'impact (pour une personne lambda immobile sur le terrain).
Si possible, j'aimerais que la réponse ne soit pas trop compliquée, ou qu'au moins les variables données soient expliquées ou me permettent d'effectuer rapidement une recherche. Les réponses telles que " v=1/2x m2F" ne m'aideront guère...

Merci d'avance pour vos réponses!
A très vite j'espère
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[fsxskillz]

La relation qu'on m'a fait étudié mais qui ne m'ont pas dit à quoi sert elle c'est celle de l'énergie cinétique qui d'après wikipedia veut dire : "L'énergie cinétique (du Grec ἐνέργεια / énergeia "force en action" et κίνησις / kinesis "mouvement") est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement par rapport à un référentiel donné."

Donc voilà et ell est égale à

Avec E_c en joule , m en Kg , v en m.s^-1

[totocolomb]

Tout d'abord merci pour ta réponse rapide.
Si je comprends bien, pour un homme pesant 90 kg, et ayant couru 40 mètres en 4.8 secondes:
je trouve déjà sa vitesse, donc 40/4.8, ce qui nous donne 8.3 mètres par seconde.
puis je fais donc le calcul suivant: Ec=90/2 multiplié par 8.3²= 3100.05 joules?
Je pensais qu'on calculais ce résultat en Newton ou kilos Newton d'après les informations que j'ai pu lire.

[invite21348749873]

Bonsoir
Pour avoir une idée de la force d'impact, prenons plutot la quantité de mouvement de le personne , soit 90*8.3#750kgxm/s
Si la personne percute un obstacle et s'arrete net en 5/10 de seconde, la force d'impact sera de l'ordre de 750/0.5=1500 N soit près de 150 kgf

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite34567123333]

Bonsoir
Pour avoir une idée de la force d'impact, prenons plutot la quantité de mouvement de le personne , soit 90*8.3#750kgxm/s
Si la personne percute un obstacle et s'arrete net en 5/10 de seconde, la force d'impact sera de l'ordre de 750/0.5=1500 N soit près de 150 kgf

En fait c'est l'accélération (=décélération) qui joue un rôle primordial.
Présenté autrement :

Passer de 8,30 m/s à 0 m/s en 1/2 s correspond à une accélération de 16,60 m/s² soit environ 169 % de l'accélération terrestre.
On retrouve aussi ~1500 N (90*16.60).

En pratique, je pense que le "choc" dure moins d'une demi-seconde, et donc c'est plus violent que ça...mais faut pas tester

[totocolomb]

Merci beaucoup de ta répons Arcole, c'est très simple et "efficace"!
Dernière petite chose, ces 150 kgf (f pour force?) sont délivrés au corps opposé (le mur, ou un adversaire immobile dans mon cas)? Parce que je n'ai pas bien compris le "il percute un mur et s'arrête net en 0.5 secondes", parce que si il s'était arrêté en 0.1 secondes, sa force en Newton aurait été multipliée pas juste par 2 comme avec les "0.5 secondes", mais par 10! Ce qui augmente considérablement le résultat!

[invite34567123333]

Dernière petite chose, ces 150 kgf (f pour force?) sont délivrés au corps opposé (le mur, ou un adversaire immobile dans mon cas)? Parce que je n'ai pas bien compris le "il percute un mur et s'arrête net en 0.5 secondes", parce que si il s'était arrêté en 0.1 secondes, sa force en Newton aurait été multipliée pas juste par 2 comme avec les "0.5 secondes", mais par 10! Ce qui augmente considérablement le résultat!

150 kgf, c'est l'équivalent de la force exercée par la pesanteur à Paris sur une masse de 150 kg (le kgf est un vieil unité, mais il est plus "intuitif")

Par 2 par rapport à quoi ?
0,5 s était un exemple.
Si on prend 0,1 s, la force sera 5 fois supérieure à la précédente soit environ 7500 N.
(de façon très très simpliste : imaginer un corps avec une masse sur le dos aplati sur le sol par 750 kg au total sans tenir compte des autres facteurs !)

Par contre, les dégâts peuvent être importants, (et c'est le plus important ici) mais ils ne dépendent pas que de la force d'impact mais aussi de l'énergie (cinétique au départ), et plus globalement de la "puissance en jeu " dépendant du temps t mis à l'énergie cinétique W citée auparavant à se dissiper (sous forme de chaleur, déformations diverses, fracture...etc).

[totocolomb]

Merci de ta réponse oooliver,
Ce que je voulais dire, c'est que je ne comprenais pas pourquoi on parlait de "et l'objet s'arrête en 0.5 secondes". C'est à dire que la personne est lancée et sprint, va à x mètres par seconde, et qu'il entre en contact avec une autre personne. D'après ce que vous me dîtes, l'impact sera différent selon le temps que l'objet en mouvement met à s'arrêter, et je ne comprends pas pourquoi ceci a de l'importance... Oui ça le freinera, mais si l'on admet qu'il garde une vitesse constante en ayant calculé son temps en m/s, et qu'il fonce dans un mur avec cette vitesse, quelle sera la force, je suppose décuplée, de cet objet contre le mur? Je ne comprenais pas l'histoire du "s'il s'arrête 0.5 secondes avant de toucher le mur, il exercera tant de force, par contre s'il s'arrête 0.1 seconde il exercera cette force là", je parlais du fait qu'il fonce dans le mur et qu'à ce moment précis il "s'écrase" contre ce dernier, exerçant ainsi une certaine force. C'est ce calcul-ci qui m'intéresse, même si vous m'avez déjà beaucoup aidé!

[invite21348749873]

En fait quand il s'écrase contre le mur il passe de sa vitesse initiale à une vitesse nulle en un temps tres court soit:t
Il est donc soumis à une force MV/t , exercée sur lui par le mur.
Selon la 3 eme loi de Newton, il exerce donc en moyenne et pendant le temps t la meme force sur le mur.

[invite34567123333]

Je ne comprenais pas l'histoire du "s'il s'arrête 0.5 secondes avant de toucher le mur, il exercera tant de force, par contre s'il s'arrête 0.1 seconde il exercera cette force là", je parlais du fait qu'il fonce dans le mur et qu'à ce moment précis il "s'écrase" contre ce dernier, exerçant ainsi une certaine force. C'est ce calcul-ci qui m'intéresse, même si vous m'avez déjà beaucoup aidé!

Il ne s'arrête pas avant, il s'arrête pendant

Si le mur est en polystyrène, ce temps mis pour s'arrêter sera plus long, le choc donc moins violent, la force plus faible (mais exercée plus longtemps..cf "pendant") pour arriver à zéro que sur du béton.
Les dégâts seront différents aussi

[totocolomb]

Ah d'accord je crois comprendre: ce que mon esprit de non scientifique comprend comme "il s'arrête net vu que c'est un mur", vous me dîtes qu'il y a des coefficients à prendre en compte, comme ici la dureté, molleté, etc... donc si je vous dis que mon bonhomme avec son équipement fonce dans un autre bonhomme avec un équipement, fait de matières en plastique/carbone très, TRES résistantes, à combien estimez vous que je doive calculer ce fameux "temps d'arrêt", 0.1 seconde, 0.5, 0.9? Je sais que vous allez sûrement me dire qu'on ne peut pas réfléchir comme ça, mais j'aurais besoin d'un "exemple", ou d'une base...Si nous supposons que mon objet en mouvement se prenne quelque chose de dur, je suppose que le temps de décélération sera plus rapide, ai-je raison?

[invite21348749873]

Ah d'accord je crois comprendre: ce que mon esprit de non scientifique comprend comme "il s'arrête net vu que c'est un mur", vous me dîtes qu'il y a des coefficients à prendre en compte, comme ici la dureté, molleté, etc... donc si je vous dis que mon bonhomme avec son équipement fonce dans un autre bonhomme avec un équipement, fait de matières en plastique/carbone très, TRES résistantes, à combien estimez vous que je doive calculer ce fameux "temps d'arrêt", 0.1 seconde, 0.5, 0.9? Je sais que vous allez sûrement me dire qu'on ne peut pas réfléchir comme ça, mais j'aurais besoin d'un "exemple", ou d'une base...Si nous supposons que mon objet en mouvement se prenne quelque chose de dur, je suppose que le temps de décélération sera plus rapide, ai-je raison?

Moins l'obstacle rencontré sera résistant, plus il se déformera et absorbera de l'énergie cinétique; cela diminuera la valeur de MV/t et la valeur d la force à l'impact.
Il est tres difficile de donner une valeur précise.
J'imagine que si vous percutez un mur de béton , vous allez vous arreter en quelques dixiemes de seconde,2 ou 3 ou 5 selon le choc.
Vous serez soumis à une force moyenne MV/t et votre énergie cinétique sera transformée principalement en déformation de votre corps (fractures, lésions)

[totocolomb]

Très bien, donc je n'ai plus qu'à m'informer pour savoir quelle "dureté" est appliquée sur les équipements (si c'est possible de trouver ça), et définir, si possible, le temps que mon joueur en mouvement met à s'arrêter lors de l'impact avec un autre joueur statique. Je dois ensuite appliquer le calcul M(kg)v(m/s)/t(s) pour trouver la force "pure" de mon joueur à telle ou telle vitesse, ai-je bien tout saisi?

[fsxskillz]

Vous serez soumis à une force moyenne MV/t et votre énergie cinétique sera transformée principalement en déformation de votre corps (fractures, lésions)

Je suis désolé de la réponse du début je suis complètement out à ce qui paraît , je voulais demandé une chose : C'est quoi la relation entre l'énergie cinétique et la force moyenne auquel est soumis un objet ?
Ce que j'ai compris c'est que pour appliquer une force on a besoin de cette énergie cinétique .

[Jaunin]

Bonjour, Totocolomb,
Noubliez pas que l'autre joueur n'est pas en acier avec les pieds vissés dans le sol, donc à l'impact il va se déplacer avec votre joueur
et le temps d'arrêt sera plus long.
Cordialement.
Jaunin__

[totocolomb]

Merci de votre réponse Jaunin,
par simple curiosité, quelle est la différence entre donner le résultat en N, ou en kilogramme? Je m'explique: si mon joueur pèse 90 kilos, et qu'il fait un 5.1 secondes au 40 mètres, le calcul, d'après ce que j'ai compris est le suivant:
vitesse du joueur: 40/5.1= 7.8 (disons 8)
Force n = (m(masse) v(vitesse) )/t(temps de décélération, admettons 0.4)
Force n= (90*8)/ 0.4
Force n= 720/0.4
Force n=1800
Cette force n est de 1800 (newton?), ce qui revient apparemment à 1800/10 = 180 (kg?)
Maintenant que j'ai compris que la force n'était pas que de 720, vu qu'il fallait prendre en compte la décélération lors de l'impact, j'aimerais savoir ce que signifie ce 1800 newton, et quelle est sa différence avec le 180?

[Jaunin]

Bonjour, Totocolomb,
N'oubliez pas de mettre les unités dans vos calculs.
Pour les indications sur les unités, vous pouvez regarder le lien suivant.
Votre joueur, à l'impact avec son adversaire, va se déplacer avec lui donc c'est un choc "mou".
Avez-vous fait une recherche si des mesures d'impact avaient été faites sur deux joueurs équipés de détecteurs ?
Cordialement.
Jaunin__


http://fr.wikipedia.org/wiki/Newton_(unit%C3%A9)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Choc_%C3%A9lastique

http://res-nlp.univ-lemans.fr/NLP_E_...01_G03_18.html

http://res-nlp.univ-lemans.fr/NLP_C_...Contenu19.html

[invite21348749873]

Ne vous embrouillez pas avec les unités
Une force se mesure en newton dansle systeme MKSA
Le kilogramme force est le poids d'une masse de 1 kilogramme sur terre et 1 fgf vaut a peu pres 9.81 N.
Cette unité le,le kgf est plus "parlante" que le Newton, mais ne s'utilise plus.
Concernant l'impact, la quantité de mouvement globale est conservée, l'énergie globale également, mais pas l'énergie cinétique qui n'est que partiellement ou pas conservée apres l'impact.
Si vous percutez un mur, comme je vous l'ai dit, votre énergie cinétique sera entierement dissipée en fractures, lésions et légere déformation du mur, voire petits dégats sur le mur.
Si vous percutez une personne, elle meme en mouvement ou pas, votre vitesse changera, celle de la personne aussi de telle facon que la quantité de mouvement globale se conserve (ceci n'est qu'approximativement vrai car vous etes soumis a des forces exterieures de frottement dans l'air et sur le sol).
Apres le choc, la somme de l'energie cinétique globale des deux personnes plus l'énergie employée pour les déformations eventuelles égalera la somme de l'energie cinétique des deux personnes avant choc.
Ne perdez pas de vue que la formule MV/t vous donne la valeur moyenne de la force, car cette force varie pendant l'impact.

[LPFR]

Bonjour.
Le cas du football américain est très connu et étudié. Il suffit de chercher dans Google [football collisions].
Au revoir.