Les athlètes de bobsleigh, de luge et de skeleton dévalent des pistes sinueuses et escarpées à des vitesses supérieures à 130 kmh (80 mph).
La vitesse à elle seule est peut-être le facteur qui attire de nombreux amateurs de sport vers les sites de compétition. les épreuves de bobsleigh, de luge et de skeleton. aux Jeux olympiques d’hiver de Pékin de cette année. Mais sous les descentes palpitantes de la piste sinueuse et glacée, une myriade de concepts de physique sont en jeu. C’est la façon dont les athlètes réagissent à la physique qui détermine finalement les descentes les plus rapides du reste du peloton.
J’étudie la physique du sport. Une grande partie de l’excitation d’une course de luge est facile à manquer – les mouvements des athlètes sont souvent trop petits pour qu’on les remarque alors qu’ils passent comme un simple flou sur votre téléviseur. Il serait facile de penser que les concurrents tombent ou glissent simplement sur une piste au gré de la gravité. Mais cette idée ne fait qu’effleurer la surface de toutes les subtilités physiques qui entrent en jeu dans une performance digne d’une médaille d’or.
Les pistes pour les épreuves de glisse – comme la piste olympique des Jeux olympiques d’hiver de Pyeongchang 2018 – descendent de plusieurs centaines de mètres et comportent de nombreux virages serrés. Crédit : Service coréen de la culture et de l’information
Gravité et énergie
La gravité est ce qui fait avancer les luges sur les pistes glacées lors des épreuves de bobsleigh, de luge et de skeleton. Le principe physique est simple : on part d’une certaine hauteur, puis on tombe à une hauteur plus basse, laissant la gravité accélérer les athlètes jusqu’à ce qu’ils atteignent des vitesses… près de 90 mph (145 km/h).
Les courses de cette année se déroulent à l’aéroport international d’Amsterdam. Centre national de glisse de Yanqing. La piste fait environ 1,6 km de long, 121 mètres de dénivelé – la section la plus raide atteignant une pente incroyable de 18 % – et .comprend 16 courbes.
Les coureurs des courses de luge atteignent leur vitesse élevée grâce à la conversion de l’énergie potentielle gravitationnelle en énergie cinétique. L’énergie potentielle gravitationnelle représente l’énergie stockée et augmente à mesure qu’un objet s’éloigne de la surface de la Terre. L’énergie potentielle est convertie en une autre forme d’énergie lorsque l’objet commence à tomber. L’énergie cinétique est l’énergie du mouvement. Si une balle de baseball volante brise le verre lorsqu’elle heurte une fenêtre, c’est parce que la balle transfère son énergie cinétique au verre. L’énergie potentielle gravitationnelle et l’énergie cinétique augmentent avec le poids, ce qui signifie qu’il y a plus d’énergie dans une équipe de bobsleigh de quatre personnes que dans une luge ou un skeleton d’une personne pour une vitesse donnée.
Les coureurs sont confrontés à une grande quantité d’énergie cinétique et à des forces importantes. Lorsque les athlètes abordent un virage à 80 mph (129 kph), ils subissent des accélérations qui peuvent atteindre .cinq fois celle de l’accélération gravitationnelle normale.. Bien que le bobsleigh, la luge et le skeleton puissent sembler faciles, ils sont en réalité tout sauf faciles.
Les coureurs doivent être aussi aérodynamiques que possible pour minimiser la traînée et aller plus vite.
Aérodynamisme
La plupart des pistes font environ 1,6 km de long, et les athlètes parcourent cette distance en un peu moins d’une minute. Les temps finaux sont calculés en additionnant quatre descentes. La différence entre la médaille d’or et la médaille d’argent en luge simple masculine aux Jeux olympiques d’hiver de 2018. était de seulement 0,026 seconde. Même de minuscules erreurs commises par les meilleurs athlètes du monde peuvent coûter une médaille.
Tous les athlètes partent de la même hauteur et suivent la même piste. La différence entre l’or et un résultat décevant ne vient donc pas de la gravité et de l’énergie potentielle, mais d’un départ rapide, en étant aussi aérodynamique que possible et en prenant le chemin le plus court sur la piste.
Alors que la gravité tire les athlètes et leurs traîneaux vers le bas de la pente, ils entrent constamment en collision avec des particules d’air qui créent une force appelée résistance de l’air, qui repousse les athlètes et les traîneaux dans une direction opposée à leur vitesse. Plus un athlète ou une équipe est aérodynamique, plus sa vitesse est élevée.
Les équipes de bobsleigh doivent se placer derrière le bord d’attaque de la luge pour éviter les courants d’air.
Pour minimiser la traînée de l’air, les lugeurs – qui sont face vers le haut – se couchent le plus à plat possible. Les coureurs de skeleton, qui ont le visage tourné vers le bas, font de même. Que ce soit dans une équipe de deux ou de quatre personnes, les coureurs de bobsleigh restent serrés à l’intérieur de la luge afin de réduire la surface sur laquelle l’air peut s’écraser. Toute erreur de positionnement du corps peut rendre les athlètes moins aérodynamiques et entraîner de minuscules augmentations de temps qui peuvent leur coûter une médaille. Et ces erreurs sontdifficile à corriger lors des fortes accélérations et forces d’une course.
Le chemin le plus court vers le bas
En plus d’être aussi aérodynamique que possible, l’autre différence majeure entre une descente rapide et une descente lente est le chemin que les coureurs empruntent. S’ils minimisent la longueur totale de leur traîneau et évitent de zigzaguer sur la piste, les coureurs parcourent moins de distance. Outre le fait qu’ils n’ont pas besoin d’aller aussi loin pour franchir la ligne d’arrivée, le fait de raccourcir la trajectoire signifie qu’ils subissent moins de résistance de l’air et perdent moins de vitesse en raison de la friction avec la piste.
Les coureurs de skeleton n’ont pas de moyen de contrôler directement les patins, ils doivent donc utiliser des mouvements corporels subtils pour faire fléchir le traîneau et amorcer les virages.
Les fans manquent souvent les subtilités impliquées dans les virages et la direction. Les traîneaux de toutes les épreuves sont posés sur lames d’acier appelées patins. Les bobsleighs ont deux jeux de patins qui entrent en contact avec la glace. Le coureur avant tire sur anneaux attachés à des poulies qui font tourner les patins avant.. Les patins des luges ont des arcs courbés à l’avant où les coureurs placent leurs mollets. En bougeant leur tête et leurs épaules ou en fléchissant leurs mollets, les athlètes peuvent faire tourner la luge. Les coureurs de skeleton n’ont pas ces commandes et doivent fléchir la luge en utilisant leurs épaules et leurs genoux pour amorcer un virage. Le moindre mouvement de tête peut faire dévier le squelette de la trajectoire optimale.
Tous ces mouvements subtils sont difficiles à voir à la télévision, mais les conséquences peuvent être importantes – un survirage peut entraîner des collisions avec le mur de la piste ou même des accidents. Une mauvaise direction peut entraîner des virages mal négociés qui font perdre du temps aux coureurs.
Bien qu’il puisse sembler que les pilotes glissent simplement sur la piste glacée à grande vitesse après avoir démarré, il se passe beaucoup plus de choses. Les téléspectateurs devront prêter une attention particulière aux athlètes sur ces luges rapides pour détecter les facettes intéressantes de la physique en action.
Écrit par John Eric Goff, professeur de physique, Université de Lynchburg.
