Vol d’un volant de badminton

21 08 2012

A l’inverse de nombreux sports qui se pratiquent avec un ballon, le badminton se pratique avec un volant. Cet objet est composé d’un bouchon en liège et de véritables plumes d’oie.

Il est difficile de déterminer les origines précises du badminton. On sait que les Mayas pratiquait un sport dont la balle était constituée d’une boulette de feuille de maïs dans laquelle étaient plantées des plumes d’oiseaux. On trouve ensuite des indices d’un jeu similaire en Chine où l’on se faisait des passes avec un volant à l’aide du pied. Enfin le badminton comme on le connaît actuellement a été introduit en 1873 par des officiers anglais revenant des Indes qui tentaient de reproduire le jeu du « Poona » . Si le badminton porte ce nom c’est qu’il a été pratiqué en Angleterre dans le château du duc de Beaufort à Badminton. La légende dit que les officiers avaient alors utilisé un bouchon de champagne auquel ils attachèrent quelques plumes.

Jean-Baptiste-Simeion Chardin. Filette au volant. 1740

Mais la question qu’il est légitime de s’adresser est pourquoi avoir introduit un objet si complexe pour jouer au badminton ?

Afin de répondre à cette question on va commencer par étudier les effets de l’air sur le volant. Tout d’abord, un objet comme le volant de badminton subit plus les frottements de l’air qu’une balle de même section. Ces frottements avec l’air vont faire violemment décélérer le volant. Ainsi à vitesse de frappe égale, un volant ira moins loin qu’une sphère de même section et même masse. On peut donc penser que l’introduction du volant permet de réduire les dimensions du terrain de jeu et donc les distances parcourues. Ainsi le badminton serait un sport accessible au plus grand nombre.

Un autre effet de l’air sur la trajectoire d’un projectile est l’effet Magnus. Cet effet intervient lorsqu’une balle tourne sur elle même dans l’air. Il se caractérise par une courbure de la trajectoire de la balle. L’effet Magnus est présent au foot, au golf, au ping-pong, au football ou encore au tennis. En revanche il n’existe pas au badminton car le volant s’aligne dans la direction de la vitesse, le nez en avant, et ne tourne donc pas sur lui même (pas dans une direction différente de celle de sa vitesse). Ainsi les trajectoires des volants de badminton sont toujours inclus dans un plan et ne présente pas d’effet de « lift » ou de « coupé » comme au tennis. On comprend donc que les trajectoires au badminton soient plus facile à appréhender que d’en d’autres sports et que le badminton soit devenu un des sports les plus enseigné dans l’enseignement secondaire.

Il existe aussi des volants en plastique. Ceux ci sont surtout employé pour le loisir car ils sont moins chers et plus résistant. Les volants en plastique sont constitué avec des bouchons en liège ou en plastique et une jupe en plastique. Comme le montre l’image suivante, la jupe est quadrillée par de nombreux petits trous. Quel est l’intérêt de ce quadrillage ?

Des chercheurs japonais ont comparé les frottements de l’air pour un volant en plastique quadrillé de trou et un de même forme mais complètement lisse. Ils ont montré que le volant lisse subit moins de frottement avec l’air que celui troué. Ainsi la texture du plastique permet au volant en plastique d’avoir des propriétés aérodynamiques proches de celle des volants en plume. On comprend donc que les volants en plastique soient quadrillés pour ralentir autant que ceux en plume. Ainsi on peut jouer sur des terrains de même taille avec un volant en plastique et en plume.

Visualisation de filets d’air contournant un volant de badminton en plastique. Source : Rob Bulmahn. #

Cependant les volants de badminton laissent encore derrière eux de nombreuses questions. Par exemple ceux en plume et ceux en plastique ne sont pas strictement équivalent. En compétition on utilise systématiquement des volants en plume sans savoir réellement ce qui les distingue.

Sources :

L’histoire du badminton. #

K. Nakagawa, H. Hasegawa, M. Murakami and M. Obayashi. 9th ISEA Conference Proceeding (2012). #





Le paradoxe de l’archer

7 09 2011

Afin de planter une flèche au centre d’une cible avec un arc il est nécessaire de viser un point légèrement excentré. Ce phénomène bien connu des archers est appelé paradoxe de l’archer. Comment expliquer qu’une flèche qui ne pointe pas le centre de la cible finisse par l’atteindre ?

Il se trouve que lorsque l’archer relâche la corde de l’arc celle ci se met à vibrer dans le plan perpendiculaire à la flèche. Il est impossible pour le sportif de ne pas impulser ce mouvement à la corde compte tenu du temps mit par sa main pour s’ouvrir.

Dans les premiers instants, la corde entraine la flèche. Ainsi le mouvement de vibration de la corde se transmet à la flèche. La trajectoire de la flèche est donc imprimée d’ondulations que l’on peut observer sur la vidéo ralentie suivante :

On observe sur cette vidéo que la corde de l’arc est initialement tendue à gauche du plan médian. Lors du lâché elle part sur la droite en entrainant l’extrémité de la flèche. Ceci courbe la flèche qui se comprime sur l’encoche de l’arc. En retour, l’arc exerce une force vers la gauche sur l’avant de la flèche qui se décale et quitte l’arc. Son départ se fait donc dans une direction légèrement décalée avec celle initiale. C’est ce décalage lors du lâché de la flèche qui explique qu’il ne faille pas viser directement le centre de la cible mais un point un peu excentré. Le scénario décrit précédemment peut être schématisé comme suit :

Le décalage de la flèche à la sortie de l’arc dépend de son élasticité et des vibrations de la corde. Un archer doit donc prendre en compte tout ces paramètres afin de réussir son tir.

Source : Wikipédia

http://www.real-world-physics-problems.com/physics-of-archery.html

http://www.archeryweb.com/archery/paradox.htm





Doc Edgerton : l’homme qui a arrêté le temps

19 06 2011

Harold Eugene Edgerton était professeur de génie électrique au MIT durant les années 1940. Il développa avec le photographe Glon Mili la photographie stroboscopique. Cette méthode stroboscopique consiste à éclairer une scène en mouvement avec des flashs de lumière périodiques. La capture de la scène pas un appareil photo permet ensuite de décomposer ce mouvement. Un célèbre exemple de photographie stroboscopique réalisée par Edgertone est celle du golfeur effectuant un swing.

L’observation de cette photographie nous délivre de nombreuses informations sur ce geste technique : trajectoire du club et de la balle, vitesse d’impact du club, vitesse de départ de la balle. Ainsi, la photographie stroboscopique a permit de disséquer les gestes de la vie quotidienne se déroulant trop rapidement pour l’oeil humain. Harold Edgertone a amélioré cette technique jusqu’à pouvoir réaliser des captures de phénomènes extrêmement rapides. L’exemple de l’impact d’une balle de fusil dans une pomme le prouve.

Source : Wikipédia Edgerton