courir sur un "treadmill" incliné = courir sur un plan incliné ??

[mach3]

Bonjour,

Une vidéo de Steve Mould m'a intrigué ce matin : https://fb.watch/AAFbArn05d/

Faire de l'exercice sur un treadmill incliné est censé simuler une course dans une pente montante.
A priori lors d'une course dans une pente montante à vitesse constante, l'énergie est dépensée dans les travaux résistants des frottements divers (pertes sous forme de chaleur) et du poids (gain d'énergie potentielle). Sur un treadmill incliné cependant, on ne gagne pas d'énergie potentielle, donc est-ce que ça peut être équivalent?

Steve Mould et un acolyte font des tests avec un petit engin motorisé doté des capteurs qu'il faut sur un treadmill et un plan incliné et ils mesurent une différence de puissance, petite, mais significative (9W sur le treadmill incliné et 10W sur le plan incliné).

Je n'ai pas de temps pour y réfléchir maintenant, du coup je soumets cette problématique à ceux que ça pourrait intéresser !

m@ch3

[XK150]

Salut ,

Essayez de remonter un escalier mécanique descendeur et dites moi si ce n'est pas fatiguant , même en restant au même niveau par rapport au sol ...

[jiherve]

bonjour,
si le centre de gravité ne bouge pas il n'y a pas de travail lié au poids et pour la marche ou la course c'est celui là qui fatigue vraiment.
JR

[antek]

Il n'y a pas de gain d'énergie potentielle dans le référentiel du plancher, mais il y en a un dans le référentiel du point que vient de quitter le pied (ou de la marche dans le cas de l'escalator)
Mais 10% d'écart rentre largement dans toutes les erreurs acceptables pendant les mesures.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

Salut ,

Essayez de remonter un escalier mécanique descendeur et dites moi si ce n'est pas fatiguant , même en restant au même niveau par rapport au sol ...

la question n'est pas tant sur le fait que faire du surplace sur un escalier mécanique qui descend est fatiguant ou non, mais si c'est exactement aussi fatiguant que monter un escalier (toute chose égale par ailleurs : même tailles de marches, même nombre de marches montées par minute).

m@ch3

[Black Jack 2]

Bonjour,

Le travail est identique dans les 2 expériences

En déplaçant une masse m sur un plan incliné de longueur L et d'angle alpha avec l'horizontale, il y a variation d'énergie potentielle = m*g*h avec h le dénivelé entre haut et bas.
On a donc h = L.sin(alpha)
... et donc : variation d'énergie potentielle = m*g*L*sin(alpha) qui est l'énergie égale à l'énergie motrice à fournir pour gravir la pente.

Si le mobile reste sur place (dans le référentiel terrestre) mais sur un plan qui se meut sous les "roues motrices", alors :

La force motrice combat exactement la composante du poids parallèle à la piste, donc F motrice = m*g*sin(alpha)

Et lorsque la déplacement entre le mobile et le plan sera = à L ... le travail fourni est W = F motrice * L = m*g*sin(alpha) * L

Le travail à fournir est le même dans les 2 cas.

[XK150]

Si le travail n'était pas identique dans les 2 cas , il y aurait de l' " énergie libre " quelque part et matière donc , à mouvement perpétuel ...

[mach3]

Le travail à fournir est le même dans les 2 cas.

ok, mais comment expliquer le résultat de l'expérience alors ?

m@ch3

[coussin]

ok, mais comment expliquer le résultat de l'expérience alors ?

J'avais regardé cette vidéo.
Une explication est, me semble-t-il, évoqué : même si théoriquement les 2 situations doivent être identiques, en pratique une différence concerne les roues. Dans le cas du treadmill, on peut raisonnablement supposer que les roues ne dérapent pas. Dans l'autre cas, c'est beaucoup moins clair...
Pour éliminer cette possible différence, il faudrait refaire l'expérience avec un système d'engrenage-crémaillère par exemple...

[Black Jack 2]

Bonjour,

Il y a une légère différence entre les 2 expériences.

Dans la course sur plan fixe, le mobile se déplace dans l'air ... et il y a donc des pertes de frottements aérodynamiques. Ces pertes sont absentes pour la course sur le tapis roulant.
Je n'ai fait aucune estimation pour voir si cela peut ou non expliquer la différence de 1 W avec la petite voiture.

[ThM55]

Je vais peut-être écrire une bêtise, c'est une idée très simple que j'ai eue en regardant la première partie de la vidéo. A vous de réfuter si vous trouvez que c'est faux.

Voici mon idée: sur le tapis incliné, le coureur doit dépenser une énergie supplémentaire pour ramener la jambe (disons la jambe droite) qui vient de descendre la pente: il doit la faire remonter. Le centre de gravité de son corps ne monte pas, mais pendant ce pas celui de sa jambe le fait. Au pas suivant, la jambe va évidemment redescendre (et la jambe gauche remonter évidemment), mais l'énergie potentielle qui a été stockée au pas précédent n'est pas restituée cinétiquement! Comment pourrait-elle l'être? Il faudrait accélérer mais le tapis roule à vitesse constante. Donc cette énergie est dissipée en chaleur.

[antek]

Pour chipoter :

La vitesse de déplacement d'un marcheur n'est pas constante. A chaque pas il subit une accélération positive puis négative (sans récupération d'énergie).

[Tawahi-Kiwi]

Voici mon idée: sur le tapis incliné, le coureur doit dépenser une énergie supplémentaire pour ramener la jambe (disons la jambe droite) qui vient de descendre la pente:

C'est un peu mon interpretation egalement, en poussant le tapis incline a une 'echelle sans fin' ou l'energie depensee pour mettre le pied sur l'echelon suivant serait superieur a un pied envoye en avant sur surface horizontale,.... et tout part en chaleur.
La logique etant que plus les echelons sont espaces, plus l'energie necessaire pour amener le pied a une hauteur plus elevee augmente, mais n'est pas restituee au coureur.

[agitateur]

Faut savoir si on parle du modèle "buggy" ou du modèle coureur.

Le modèle bipède ne peut pas se résumer à la physique, il y a toute une partie biomécanique. Déjà pour affronter une pente il faut lever les orteils plus haut si on veut pas se ramasser, ce n'est pas du tout une foulée optimale pour le "moteur" humain.
En fait la pente reproduit un peu le départ en sprint, ou est en déséquilibre avant et en accélération. Et aprés 30 mètres environ, on atteint la Vmax ( qui ensuite ne cessera de décroitre ) dans la postion optimale debout ( mais avec un sol plat ).

En foulée coureur, on pourrait même différencier selon la course.

En sprint, de toute façon la jambe est fortement levée à chaque foulée, la cuisse est à l'horizontale, l'effort est là et est "suffisant" pour aller haut. A ce stade la pente ne joue pas. Par contre, la pose du pied ( le griffé ) va se faire un peu devant soi, donc un peu en hauteur, donc à chaque pas la ligne de bassin va devoir être élevée ( puis suivra la descente pendant le reste du déroulé de la foulée ). Alors oui, monter une pente revient à monter des escaliers, en fait.

En fond et en foulée rase motte économique, idem. La pente induira un changement obligatoire du geste, poser le pied plus haut, donc une élévation, donc plus de besoin en énergie.
En demi fond avec une foulée qui "lève" de toute façon, et un griffé qui commence à la verticale sous le centre de gravité ( le fond demi fond a une foulée plus postérieure que le sprint ) c'est sans doute là que la pente induira le moins de surcharge en besoin énergie.

( je sais pas si j'ai été clair pour tout le monde.......faudrait des vidéos au ralenti, foulée filmée de coté ). Avec notamment la visualisation de la ligne de bassin.

[ThM55]

Faut savoir si on parle du modèle "buggy" ou du modèle coureur.

Le modèle bipède ne peut pas se résumer à la physique, il y a toute une partie biomécanique. Déjà pour affronter une pente il faut lever les orteils plus haut si on veut pas se ramasser, ce n'est pas du tout une foulée optimale pour le "moteur" humain.
En fait la pente reproduit un peu le départ en sprint, ou est en déséquilibre avant et en accélération. Et aprés 30 mètres environ, on atteint la Vmax ( qui ensuite ne cessera de décroitre ) dans la postion optimale debout ( mais avec un sol plat ).

En foulée coureur, on pourrait même différencier selon la course.

En sprint, de toute façon la jambe est fortement levée à chaque foulée, la cuisse est à l'horizontale, l'effort est là et est "suffisant" pour aller haut. A ce stade la pente ne joue pas. Par contre, la pose du pied ( le griffé ) va se faire un peu devant soi, donc un peu en hauteur, donc à chaque pas la ligne de bassin va devoir être élevée ( puis suivra la descente pendant le reste du déroulé de la foulée ). Alors oui, monter une pente revient à monter des escaliers, en fait.

En fond et en foulée rase motte économique, idem. La pente induira un changement obligatoire du geste, poser le pied plus haut, donc une élévation, donc plus de besoin en énergie.
En demi fond avec une foulée qui "lève" de toute façon, et un griffé qui commence à la verticale sous le centre de gravité ( le fond demi fond a une foulée plus postérieure que le sprint ) c'est sans doute là que la pente induira le moins de surcharge en besoin énergie.

( je sais pas si j'ai été clair pour tout le monde.......faudrait des vidéos au ralenti, foulée filmée de coté ). Avec notamment la visualisation de la ligne de bassin.

Je ne prétends pas avoir tout compris, mais je savais déjà que la dynamique de la course chez les humains et autres animaux est un sujet bien plus complexe que le mouvement du centre de gravité. A moins d'adopter le fameux modèle de la "vache sphérique":

[ThM55]

C'est un peu mon interpretation egalement, en poussant le tapis incline a une 'echelle sans fin' ou l'energie depensee pour mettre le pied sur l'echelon suivant serait superieur a un pied envoye en avant sur surface horizontale,.... et tout part en chaleur.
La logique etant que plus les echelons sont espaces, plus l'energie necessaire pour amener le pied a une hauteur plus elevee augmente, mais n'est pas restituee au coureur.

Merci. Dans ce genre de problème, il est parfois utile de faire appel à la notion d'impédance mécanique (voir par exemple: https://fr.wikipedia.org/wiki/Imp%C3...m%C3%A9canique ).

Nos jambes sont relativement mal adaptées en terme d'impédance mécanique aux terrains en pente. Par analogie avec l'impédance électrique, le vélo peut être compris comme un transformateur adaptateur d'impédance avec un rapport de transformation variable par le dérailleur. D'où une autre question: que se passe-t-il si je mets un vélo sur ce tapis en pente? Dois je mettre un plus petit braquet? (je ne vous conseille pas d'essayer cet exercice d'équilibriste , c'est purement théorique).

[polo974]

Sur le tapis, l'énergie dépensée par le véhicule stationnaire est récupérée sur l'axe du rouleau et les frottements du tapis sur son support.

Un tapis sans support tendu telle une courroie plate devrait freiner et non entraîner le tapis.

Un tapis de course étant affreusement frottant, il faut tout le temps l'entraîner (j'ai vu des moteur de 1 kW sous ces trucs...).

[agitateur]

Bonjour,

Il y a une légère différence entre les 2 expériences.

Dans la course sur plan fixe, le mobile se déplace dans l'air ... et il y a donc des pertes de frottements aérodynamiques. Ces pertes sont absentes pour la course sur le tapis roulant.
Je n'ai fait aucune estimation pour voir si cela peut ou non expliquer la différence de 1 W avec la petite voiture.

Sans doute la meilleure hypothèse ( enfin selon moi ), de loin, avec ici "seulement" 10 % de besoin en plus en puissance.

[Jmlesfrites]

se n'est peut être qu'un ressenti mais sans être jugé par mes pairs, non, pour des objets classiques se n'est pas équivalent.

Merci.