Pourquoi la physique et non la biomécanique détermine la précision du lancer humain

Voici une question simple. Imaginez que vous jetez une balle dans une poubelle. Vaut-il mieux utiliser un jeté sur les bras ou sur les aisselles ?

Il s'avère que cette question a été étonnamment difficile à résoudre pour les physiciens et les biomécaniciens. Aujourd'hui, cependant, Madhusudhan Venkadesan et Lakshminarayanan Mahadevan du laboratoire de mathématiques appliquées de l'Université Harvard jettent un éclairage supplémentaire sur le problème.

La difficulté réside dans la complexité du problème. Le bras, l'épaule et le poignet forment un système à plusieurs articulations qui permet un grand nombre de variations dans le style de lancer. De plus, les paramètres impliqués dans le lancer sont difficiles à comparer. Par exemple, une erreur de 5 pour cent dans l'angle de lancer ne se compare pas facilement à une erreur de 5 pour cent dans la vitesse de lancer parce que ces quantités ont des dimensions différentes. C'est comme comparer des pommes et des bananes.

Venkadesan et Mahadevan ont su contourner cette énigme. Tout d'abord, ils ne considèrent que le type de modèle de lancer le plus simple : un bras constitué d'un levier pivotant à l'épaule qui peut lancer indifféremment sous les bras ou sur les bras. Ces lancers peuvent être décrits par deux paramètres : la vitesse angulaire du swing et l'angle du bras au lâcher. Deuxièmement, ils introduisent une échelle de longueur naturelle, appelée longueur de bras, et l'utilisent pour rendre leur analyse de l'angle de lancement et de la vitesse sans dimension.

De cette façon, ils disposent d'un modèle simple dans lequel les erreurs dans les paramètres de lancement peuvent être facilement comparées.

Ce qu'ils trouvent est assez curieux.

Tout lancer aura de petites erreurs dans l'angle de lancement et la vitesse. La question que se posent Venkadesan et Mahadevan est de savoir comment différentes trajectoires amplifient ces erreurs après le lancement.

Le résultat le plus intéressant est qu'il y a un compromis clair entre vitesse et précision : les lancers plus lents sont meilleurs. Cela concordera avec l'expérience de la plupart des gens en matière de lancer et aussi avec la montagne de données mesurées qui existe déjà sur ce sujet. Cependant, le consensus jusqu'à présent est que les lancers plus lents sont plus précis en raison des limitations de notre corps. L'idée est que la performance des muscles est plus bruyante à des forces plus élevées et c'est ce qui réduit la précision des lancers plus rapides.

Le résultat de Venkadesan et Mahadevan sera donc une surprise car le compromis entre précision et vitesse vient entièrement de la façon dont la trajectoire amplifie les erreurs - le comportement musculaire n'y entre pas. Le résultat est purement de la physique plutôt que de la biologie.

Venkadesan et Mahadevan ont un autre résultat intéressant, à savoir que lorsqu'il s'agit de lancers plus rapides, l'action sur les bras est nettement plus précise. Cela correspondra également à l'expérience de nombreuses personnes, mais encore une fois, cela n'a pas grand-chose à voir avec la biomécanique. Le résultat est purement de la façon dont les différentes trajectoires amplifient les erreurs.

Le travail offre des pistes potentiellement enrichissantes aux scientifiques du sport pour étudier la précision du lancer dans des modèles plus complexes qui reproduisent mieux la mécanique de l'action de lancer humaine. Ce sera intéressant à regarder.

En attendant, Venkadesan et Mahadevan suggèrent que la préférence générale de l'homme pour le lancer par-dessus les bras n'est peut-être pas un accident. Ils soulèvent la possibilité intrigante que la raison pour laquelle nous sommes si doués pour le lancer sur les bras par rapport à d'autres animaux, est que le processus d'évolution a sélectionné la forme de notre corps pour exploiter au mieux la physique impliquée. L'idée est que de meilleurs lanceurs font de meilleurs chasseurs qui ont plus de chances de survivre. Bonne idée!

Réf : arxiv.org/abs/1008.1442 : Stratégies optimales pour lancer avec précision

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