Tombera ? Tombera pas ?

Voici cinq expériences prouvant que la position du centre de gravité d’une personne est primordiale pour assurer son équilibre. Toutes sont faciles à faire, mais attention : certaines ne sont pas sans danger…

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une chaise ;

  • une boîte d’allumettes.

Montage et réalisation

Pour réussir ces cinq expériences il faut une chaise, une boîte d’allumettes et, surtout, un volontaire n’ayant pas peur de prendre des risques.

Expérience 1 : le volontaire est placé face au mur, ses pieds et sa tête touchant le mur : il lui est impossible de se dresser sur la pointe des pieds.

Expérience 2 : le volontaire se place de profil contre le mur , un pied et un bras étant au contact du mur: s’il lève la jambe de côté, son équilibre est très compromis.

Expérience 3 : la personne est assise bien droit sur une chaise, ses pieds sont posés devant la chaise,son dos, ses cuisses et ses jambes formant deux à deux un angle droit.

Il lui est alors impossible de se lever, à moins d’incliner le tronc vers l’avant.

Expérience 4 : la personne est debout, dos au mur, ses talons collés à la plinthe.

Si elle se baisse en gardant les jambes tendues pour tenter de toucher le sol… c’est la chute assurée.

Expérience 5 : le volontaire, s’il est toujours vivant, est placé à genoux, les bras dans le dos, et doit se pencher pour renverser la boîte d’allumettes avec le bout du nez.

C’est très dur, surtout pour le nez…

Ces cinq expériences montrent que la position du centre de gravité d’une personne dépend de sa taille et de sa corpulence, mais surtout de sa position.

 

Explications

La position du centre de gravité d’une personne dépend de sa taille, de sa corpulence et de sa position. En position debout, le centre de gravité se situe à peu près à la hauteur du nombril.

Expérience 1

Ce mouvement suppose une rotation autour d’un axe horizontal passant par les orteils (point A sur la figure 1).
Lors du mouvement, le moment par rapport à A du poids

doit être compensé par le moment de la force exercée par le sol sur les pieds.
Cette force s’exerçant en A, son moment est nul.
Le moment du poids ne peut pas être compensé et donc le mouvement n’est pas possible.

Expérience 2

Le poids a un moment

par rapport au pied posé sur le sol (point A sur la figure 2).
La force exercée par le sol sur l’expérimentateur a un moment nul par rapport à A.
Le moment du poids provoque un mouvement de rotation de l’expérimentateur autour d’un axe passant par le pied posé sur le sol : l’expérimentateur tombe.

Expérience 3

Au moment où il se lève de sa chaise, l’expérimentateur doit effectuer un mouvement de rotation autour d’un axe horizontal passant par ses genoux (point A sur la figure 3).
Pour qu’il arrive à se lever, le moment

de la force exercée par le sol sur ses pieds doit compenser le moment de son poids .

et , où S est le point de contact des talons avec le sol, donc le point d’application de (voir la figure ci-dessus).
étant pratiquement nul, le moment du poids ne peut pas être compensé et la personne ne peut donc pas se lever.

Expérience 4

Si ses talons sont contre le mur, le centre de gravité de l’expérimentateur s’éloigne du mur lorsqu’il s’incline vers l’avant (voir la figure 4).

Lorsque le centre de gravité n’est plus à la verticale de la surface des pieds (c’est-à-dire lorsqu’il se projette à l’avant des orteils), le moment

du poids par rapport à A n’est plus nul.
La force , réaction du sol sur l’expérimentateur, a son point d’application sous les pieds ; son moment est nul puisque sa distance à l’axe de rotation est nulle.
Le moment du poids provoque une rotation de l’expérimentateur autour d’un axe passant par la pointe de ses pieds.

Le centre de gravité d’une femme debout étant situé plus bas que celui d’un homme de taille, de poids et de position identiques, une femme peut s’incliner davantage qu’un homme dans cet exercice (voir la figure ci-dessus)

 

Remarques

Expérience 4

Le centre de gravité d’une femme étant plus bas que celui d’un homme, il se trouvera ici sensiblement à la verticale des genoux et lui permettra de faire le mouvement demandé.
Celui d’un homme se situera à l’avant des genoux et le fera basculer vers l’avant autour d’un axe horizontal passant par les genoux.

 

Références

Hewitt, P. G. : Conceptual physics, Harper Collins College Publishers, San Francisco 1993

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