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La physique derrière le tir au poignet

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Sujets
Tushar Sharma with files from Digital Development Team
Lisibilité
7.12

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Le tir au poignet n’est pas qu’une épreuve de force. Il s’agit aussi d’un test de ta compréhension du couple.

Te souviens-tu de la dernière fois que tu as tiré au poignet? Peut-être qu’il pleuvait. Tu as passé l’heure du dîner à l’intérieur avec tes amis, en essayant de déterminer qui était le plus fort. Tout le monde s’est réuni autour de la table pour une série d’épreuves de force. Malheureusement, tu n’as pas connu beaucoup de succès. N’étais-tu simplement pas assez puissant pour battre tes amis? Peut-être. Toutefois, il est également important de comprendre que le tir au poignet n’est pas seulement une épreuve de force.

En fin de compte, la victoire dans une épreuve de tir au poignet dépend du couple (symbole τ), c’est-à-dire la force nécessaire pour faire tourner un objet autour de son axe. Un couple s’exprime en newton mètre (symbole N•m). Dans une épreuve de tir au poignet, la personne qui génère le couple le plus important va probablement gagner.

Le savais-tu? 

En 1952, le tir au poignet a été organisé en tant que sport compétitif par le chroniqueur californien Bill Soberanes. Aujourd’hui, il y a des compétitions aux niveaux local, national et international.

 Comment appliquer un couple?

Trois facteurs déterminent l’importance du couple appliqué à un objet :

  1. la force appliquée à l’objet (le vecteur de force);
  2. la distance entre l’axe de rotation et la force appliquée (le vecteur de distance);
  3. l’angle entre le vecteur de force et le vecteur de distance (?).

L’expression mathématique suivante montre la relation entre la force, la distance et le couple :

Couple = Force × Distance

Pour générer un couple plus important, il faut augmenter soit la force appliquée, soit la distance entre le point où la force est appliquée et l’axe de rotation (le bras de levier).
 
Pour comprendre, imagine une porte. Elle a des charnières d’un côté. Pour ouvrir la porte, tu dois appliquer une force. Cette force fera pivoter la porte autour des charnières, c’est-à-dire autour de son axe de rotation

Mais connais-tu des bâtiments dont les portes s’ouvrent à l’aide d’une barre de poussée au lieu d’une poignée? On voit souvent ces barres dans les écoles et dans les immeubles d’appartements. As-tu déjà essayé d’ouvrir une telle porte en poussant juste à côté des charnières? La porte ne bouge pas, peu importe la force que tu appliques. Mais si tu pousses sur le côté de la barre le plus éloigné des charnières, la porte s’ouvre facilement. C’est parce que tu viens d’augmenter la distance entre la force (toi) et l’axe de rotation (les charnières de la porte).

Moins de force est nécessaire pour ouvrir une porte de secours quand on pousse sur le côté opposé des charnières
Moins de force est nécessaire pour ouvrir une porte de secours quand on pousse sur le côté opposé des charnières (© 2019 Parlons sciences, à partir d’une image de <a href="https://www.istockphoto.com/ca/portfolio/WendellandCarolyn?mediatype=photography">WendellandCarolyn</a> sur <a href="https://www.istockphoto.com/ca/photo/emergency-or-fire-exit-gm1134559188-301519832">iStockPhoto</a>).

 

Dans une épreuve de tir au poignet, l’objet correspond à la main de ton adversaire et l’axe de rotation correspond à son coude. Au fond, l’objectif est d’appliquer suffisamment de force à la main de l’adversaire pour que son avant-bras pivote à la hauteur du coude et finisse par toucher la table.
 
En même temps, ton adversaire fait de son mieux pour faire pivoter ton avant-bras. Le gagnant d’une épreuve de tir au poignet est le concurrent qui réussit à générer le couple le plus important.
 
Étant donné que Couple = Force × Distance, il est important d’être puissant. Plus tu es puissant, plus tu pourras déployer de force. Mais il y a un autre élément à l’équation. Dans une épreuve de tir au poignet, tu essaies de descendre la main de ton adversaire jusqu’à la table. Mais la plupart des compétiteurs essaient de tirer le bras de leur adversaire vers eux. Pourquoi?
 

Le troisième élément de l’équation est l’angle auquel la force est appliquée. Le couple est à son maximum lorsque la force est appliquée perpendiculairement au bras de levier. Autrement dit, quand la force est appliquée à un angle de 90° par rapport à l’axe de rotation. Des angles de moins de 90° génèrent un couple moins important. Si la force est appliquée parallèlement au bras de levier, elle ne produit aucun couple. Dans le contexte d’une épreuve de tir au poignet, tu génères le couple maximum lorsque tu appliques la force à un angle de 90° par rapport à la direction dans laquelle tu veux pousser l’objet.

Le coude correspond à l’axe de rotation, l’avant-bras correspond au bras de levier et la force est appliquée à la main, qui est perpendiculaire à l’avant-
Le coude correspond à l’axe de rotation, l’avant-bras correspond au bras de levier et la force est appliquée à la main, qui est perpendiculaire à l’avant-bras (© 2019 Parlons sciences, à partir d’une image de <a href="https://www.istockphoto.com/ca/portfolio/asiseeit?mediatype=photography">Steve Debenport</a> sur <a href="https://www.istockphoto.com/ca/photo/strong-man-and-small-woman-arm-wrestling-gm182740215-13047600"> iStockPhoto</a>).


Pense à l’exemple de la porte. Ton coude correspond aux charnières. La main de ton adversaire correspond à l’endroit où tu pousses sur la porte. Tu appliques la force à la main de ton adversaire lorsque tu tentes de la pousser vers la table. La distance entre la main et le coude de ton adversaire détermine l’importance du couple que tu es en mesure de générer.

Le savais-tu? 

Il est possible que les toutes premières épreuves de tir au poignet remontent à plus de 4 000 ans. On a trouvé dans des tombes égyptiennes des tableaux montrant des individus qui tirent au poignet.

Comment fait-on pour augmenter le couple?

Dans le contexte d’une épreuve de tir au poignet, il y a deux façons d’augmenter le couple (sans tricher, bien sûr). D’une part, tu pourrais appliquer plus de force. Pour ce faire, il faudrait que tu t’entraînes régulièrement pour devenir plus puissant. D’autre part, tu pourrais augmenter la distance entre l’endroit où tu appliques la force et l’axe de rotation. Autrement dit, tu pourrais augmenter la distance horizontale entre la main et le coude de ton adversaire. Il y a plusieurs façons de le faire.
 
Certes, les tireurs au poignet professionnels sont tous très puissants. Toutefois, ils misent presque autant sur leurs techniques que sur leur puissance remarquable. Les deux techniques de tir au poignet les plus courantes sont le Hook et le Top-Roll.
 
Le Hook consiste à faire pivoter ton poignet vers toi, afin « d’accrocher » le poignet de ton adversaire. Ainsi, tu empêcheras ton adversaire d’appliquer un effet de levier à ton bras. De plus, tu seras mieux positionné pour utiliser les muscles de ton épaule et de ton dos, en plus de ceux de ton bras.

Le Top-Roll consiste à faire pivoter ton poignet au-dessus du poignet de ton adversaire, afin de déplacer ta prise vers le haut de sa main. Ainsi, tu pourras tirer ta main vers ton corps et ton adversaire perdra son équilibre. De plus, il ne pourra pas appliquer un effet de levier à ton bras.
 
Tu peux même combiner le Top-Roll et le Hook!

Les deux techniques impliquent la rotation de la main de ton adversaire vers toi, ce qui augmente la distance entre sa main et son coude. De cette façon, la force que tu appliques augmente le couple. En même temps, tu empêches ton adversaire de maximiser le couple. Cela te donne un avantage et augmente tes chances de gagner!

En résumé...

 

La puissance est un atout important lorsque tu participes à une épreuve de tir au poignet. Mais il est également important de savoir comment augmenter la distance entre le coude de ton adversaire et l’endroit où tu appliques la force. N’oublie pas : le tir au poignet n’est pas seulement une épreuve de force. C’est aussi un test de ta compréhension de la physique. Donc, la prochaine fois que tu affronteras un ami dans une épreuve de tir au poignet, n’oublie pas de fléchir tes muscles et d’appliquer ta connaissance du couple!

Points de départ

Connecter et Relier

  • As-tu déjà participé à une épreuve de tir au poignet? Qui a gagné? Ton adversaire ou toi? Comment le gagnant a-t-il pris l’avantage? Réfléchis aux explications du couple fournies dans l’article.
  • À ton avis, le tir au poignet est-il un « vrai » sport? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Participes-tu à un sport qui exige une compréhension du couple? Si oui, lequel? 

Connecter et Relier

  • As-tu déjà participé à une épreuve de tir au poignet? Qui a gagné? Ton adversaire ou toi? Comment le gagnant a-t-il pris l’avantage? Réfléchis aux explications du couple fournies dans l’article.
  • À ton avis, le tir au poignet est-il un « vrai » sport? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Participes-tu à un sport qui exige une compréhension du couple? Si oui, lequel? 

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Peux-tu penser à un sport autre que le tir au poignet où il est important de comprendre le concept du couple? Dans ce sport, quels sont les mouvements qui impliquent le couple? Comment les participants l’augmentent-ils ou le diminuent-ils afin d’effectuer différentes manœuvres?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Peux-tu penser à un sport autre que le tir au poignet où il est important de comprendre le concept du couple? Dans ce sport, quels sont les mouvements qui impliquent le couple? Comment les participants l’augmentent-ils ou le diminuent-ils afin d’effectuer différentes manœuvres?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que le couple?
  • Peux-tu donner des exemples d’activités quotidiennes qui impliquent le couple?
  • Dans une épreuve de tir au poignet, comment peux-tu augmenter le couple afin d’augmenter tes chances de gagner? Comment peux-tu empêcher ton adversaire d’utiliser le couple à son avantage?
  • Lorsque tu retires l’écrou d’un boulon à l’aide d’une clé à molette, tu appliques un couple. Choisirais-tu une clé plus courte ou plus longue? Pourquoi? (Indice : Demande-toi si tu veux maximiser ou minimiser le couple.)

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que le couple?
  • Peux-tu donner des exemples d’activités quotidiennes qui impliquent le couple?
  • Dans une épreuve de tir au poignet, comment peux-tu augmenter le couple afin d’augmenter tes chances de gagner? Comment peux-tu empêcher ton adversaire d’utiliser le couple à son avantage?
  • Lorsque tu retires l’écrou d’un boulon à l’aide d’une clé à molette, tu appliques un couple. Choisirais-tu une clé plus courte ou plus longue? Pourquoi? (Indice : Demande-toi si tu veux maximiser ou minimiser le couple.)

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Qui a été le premier à décrire le concept du couple? En quoi le couple est-il lié à d’autres concepts associés à ce même scientifique? (Note : Tu devras peut-être faire des recherches supplémentaires avant de répondre.)

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Qui a été le premier à décrire le concept du couple? En quoi le couple est-il lié à d’autres concepts associés à ce même scientifique? (Note : Tu devras peut-être faire des recherches supplémentaires avant de répondre.)

Littératie Médiatique

  • As-tu déjà assisté à une épreuve de tir au poignet ou en as-tu vu à la télévision? Quelles sont les caractéristiques physiques des concurrents? Comment ces caractéristiques permettent-elles d’augmenter le couple? Les concurrents ont-ils utilisé les techniques décrites dans l’article ou dans la vidéo?

Littératie Médiatique

  • As-tu déjà assisté à une épreuve de tir au poignet ou en as-tu vu à la télévision? Quelles sont les caractéristiques physiques des concurrents? Comment ces caractéristiques permettent-elles d’augmenter le couple? Les concurrents ont-ils utilisé les techniques décrites dans l’article ou dans la vidéo?

Suggestions d'enseignement

  • Vous pouvez vous servir de l’article et de la vidéo dans le cadre d’un cours sur la physique et la dynamique afin d’aborder le couple, le mouvement circulaire et la dynamique. Ces ressources présentent notamment les concepts du couple, de la force, de l’axe, du vecteur de force, du vecteur de distance, du bras de levier, de l’axe de rotation, de la perpendicularité et de l’effet de levier. Elles présentent également la formule Couple = Force × Distance.
  • Après avoir lu l’article et visionné la vidéo, vous pouvez demander aux élèves de comparer et consolider l’information présentée dans les deux sources à l’aide de la stratégie d’apprentissage « Diagramme de Venn - texte et vidéo ». Des fiches reproductibles prêtes à utiliser avec la stratégie d’apprentissage « Diagramme Venn Prêt - texte et vidéo » sont disponibles en format [Google doc] et [.pdf].
  • Vous pouvez également demander aux élèves de consolider leur compréhension du concept de couple à l’aide de la stratégie d’apprentissage « Toile de définition du concept ». Des fiches reproductibles prêtes à utiliser avec la stratégie d’apprentissage « Toile de définition du concept » sont disponibles en format [Google doc] et [.pdf].
  • En guise d’activité de suivi pratique, vous pouvez demander aux élèves d’appliquer leur nouvelle compréhension du couple et des façons de le maximiser en participant à une épreuve de tir au poignet avec un camarade de classe ou en organisant un tournoi de tir au poignet impliquant toute la classe.

Suggestions d'enseignement

  • Vous pouvez vous servir de l’article et de la vidéo dans le cadre d’un cours sur la physique et la dynamique afin d’aborder le couple, le mouvement circulaire et la dynamique. Ces ressources présentent notamment les concepts du couple, de la force, de l’axe, du vecteur de force, du vecteur de distance, du bras de levier, de l’axe de rotation, de la perpendicularité et de l’effet de levier. Elles présentent également la formule Couple = Force × Distance.
  • Après avoir lu l’article et visionné la vidéo, vous pouvez demander aux élèves de comparer et consolider l’information présentée dans les deux sources à l’aide de la stratégie d’apprentissage « Diagramme de Venn - texte et vidéo ». Des fiches reproductibles prêtes à utiliser avec la stratégie d’apprentissage « Diagramme Venn Prêt - texte et vidéo » sont disponibles en format [Google doc] et [.pdf].
  • Vous pouvez également demander aux élèves de consolider leur compréhension du concept de couple à l’aide de la stratégie d’apprentissage « Toile de définition du concept ». Des fiches reproductibles prêtes à utiliser avec la stratégie d’apprentissage « Toile de définition du concept » sont disponibles en format [Google doc] et [.pdf].
  • En guise d’activité de suivi pratique, vous pouvez demander aux élèves d’appliquer leur nouvelle compréhension du couple et des façons de le maximiser en participant à une épreuve de tir au poignet avec un camarade de classe ou en organisant un tournoi de tir au poignet impliquant toute la classe.

En savoir plus

Références

College of Micronesia. (n.d.). Levers and torque.

Khan Academy. (2019). Torque.

Little Shop of Physics. (2014). EveryDay science: Forces and torques part 2.

Ultimate Armwrestling League. (n.d.). The history of armwrestling.