Equipe de BOURGOIN JALLIEU : ETUDE DE CAS EQUIPEMENT DE SPORT

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1/Situation déclenchante, problématique Quel serait le besoin commun entre ces personnes? Ils auraient un besoin concernant un équipement de sport chez eux.

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En quoi les équipements de fitness permettent de maintenir ou retrouver une condition physique, ou permettent une rééducation? Que faut-il pour maintenir ou retrouver une condition physique? -fournir un effort, des efforts de différents types -bouger -contrôler son effort, progresser -non traumatisante -… Les équipements professionnels ne seront pas retenus. Quels sont les différents équipements et activités qui peuvent y répondre ? 2- L'appropriation du problème L'appropriation du problème consiste à vérifier que tous les élèves, sans exception, ont la même perception de la question posée. Ce n'est pas une phase absolument nécessaire mais, si elle est faite, le professeur a l'assurance que toutes les recherches seront plus pertinentes.

3 maintenir ou retrouver une condition physique.
Equipe de BOURGOIN JALLIEU : ETUDE DE CAS EQUIPEMENT DE SPORT 3/Recherche de solutions/produits Quels sont les différents équipements et activités qui peuvent répondre ? Les élèves recherchent sur internet par exemple des produits, des solutions pour répondre à cette problématique de maintenir ou retrouver une condition physique. Ils remplissent pour chaque solution trouvée le tableau : Equipement Membres sollicités Muscles Le mouvement des membres est-il réalisé avec une vitesse tout le temps constante? Type de mouvement (circulaire, linéaire, …) Contrôle de l’effort L’étape suivante permettra de valider ou non les points suivants: En quoi l’équipement permet-il de fournir un effort progressif, adapté, contrôlé, … ? Le mouvement des membres est-il réalisé avec une vitesse tout le temps constante? Remarque: les équipements d’électrostimulation rentrent dans le champ d’investigation mais ne sont pas abordés dans ce document.

4 Stepper Rameur Vélo elliptique Home trainer Vélo d’appartement
Equipe de BOURGOIN JALLIEU : ETUDE DE CAS EQUIPEMENT DE SPORT 3/Recherche de solutions/produits Les équipements envisageables Stepper Vélo elliptique Rameur Home trainer Vélo d’appartement L’étape suivante permettra de valider ou non les points suivants: En quoi l’équipement permet-il de fournir un effort progressif, adapté, contrôlé, … ? Le mouvement des membres est-il réalisé avec une vitesse tout le temps constante?

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4/Validation des hypothèses En quoi ces équipements vont permettre de fournir un effort, progressif, adapté, contrôlé, … ? Pistes de recherche: ->Quelle est la solution technique qui amène le sportif à forcer? -> Y a-t-il un réglage de l’effort? Si oui, quel est son principe (scientifique)? Expliquer son fonctionnement. Pour un réglage donné, l’effort à fournir est-il constant quelle que soit la vitesse? -> Compte rendu au sportif: -Quelles sont les données affichées? -Quelles sont les solutions techniques qui permettent de les déterminer? -Peut-on valider les données affichées? (l’élève doit trouver un moyen, une expérience pour corroborer la valeur affichée) -> Pour un niveau de réglage au niveau moyen, quelle est l’énergie dépensée pour 1 min d’effort et pour une vitesse de 60 cycles/min. (Calcul d’une énergie: W= m.g.h pour un travail vertical; W=F.d pour un effort …) Avec fiches ressources -> Proposer un croquis expliquant la transmission des mouvements dans l’équipement (en bref, comment ça marche?) Quelles sont les trajectoires des pieds et/ou mains?

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Exemples d’expérimentations appliquées au vélo elliptique: 4 mobilités, ainsi 4 efforts en paramètres d’entrée (Couple au niveau des genoux, poids de James, couple résistant au niveau du volant d’inertie, Vitesse de rotation); En sortie, lecture des couples inconnus au niveau des articulations (hanches, genoux) des efforts dans les différentes liaisons (appui du pied sur les pédales) des puissances dissipées pour chacun des efforts. A comparer avec une estimation expérimentale. Une guidance paraît nécessaire pour que l’élève puisse pratiquer sur Méca 3D. Essais positifs et reproductibles: sentir que le couple résistant à l’arrêt ne dépend pas du réglage du « freinage »; dès qu’il y a vitesse de rotation, les mesures varient en fonction du réglage du freinage. Constatation: les réglages du freinage influent sur la distance entre le disque et les aimants.

7 Après expérimentation sur le vélo elliptique:
Equipe de BOURGOIN JALLIEU : ETUDE DE CAS EQUIPEMENT DE SPORT Après expérimentation sur le vélo elliptique: ->Très difficile de mesurer l’énergie fournie car dépend de la vitesse de rotation et pas d’instrumentation à la portée des élèves (sinon essai avec moteur entrainant le disque de freinage, mesure de I, U consommées donc P et mesure de N; moteur à vide U=30V et I=0.5A; moteur freiné donc entrainant le disque (freiné lui- même au maxi): U=30V, I=1A; le rendement du moteur (Alsthom) est estimé à 0.75) ->Après 10 à 20 min d’effort, le disque s’échauffe (faire photos avec caméra thermique ou mesure de température); une élévation de température montre que l’énergie due au freinage est bien dissipée sous forme d’énergie thermique et ce sans frottement! IL Y A DONC EFFICTIVEMENT FREINAGE!! Il est possible de calculer l’énergie thermique nécessaire à l’élévation (W=m.c.∆t avec m: masse (SW ->7kg), c:chaleur massique de la fonte soit 500J/kg/K… et ∆t: élévation de température, soit ici de 20 à 35°C; donc W= 7x500x15=52.5kJ à comparer avec les calories affichées soit comparer 52500/4.18= 12.6Kcal ou 12.6Cal, …) Deux scénarios d’étude de cas: ->Juste avec le vélo elliptique et 5 ilots (Méca 3D, énergie dissipée, le freinage, chaîne d’information, « boucle asservissement » avec branchement du « cardio ») ->Avec plusieurs systèmes et les pistes vues précédemment

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5/ L’échange argumenté Les équipes peuvent terminer leur restitution qui est réalisée comme une présentation des recherches et expérimentations amenant une réponse au problème technique posé. Chaque équipe alors présentera devant les autres équipes. 6- La formalisation et la structuration des acquis L’enseignant peut présenter un tableau comparatif des équipements étudiés faisant apparaître l’énergie dépensée, le nombre de membres actifs, et le prix. L’ensemble des activités (et donc des restitutions des élèves) concerne les chaînes d’énergie et d’information. Un document succinct reprend les différentes étapes de chacune des chaînes, avec un exemple. L’enseignant peut aussi présenter un récapitulatif des solutions techniques pour le freinage (friction (patins, tambour, bande, disque) aérofrein (volets, parachute, hélice) restriction de débit, magnétique (génération de courant, courant de Foucault type Telma))

9 Idée de projet Amélioration? Rendre le vélo elliptique
Equipe de BOURGOIN JALLIEU : ETUDE DE CAS EQUIPEMENT DE SPORT Idée de projet Amélioration? Rendre le vélo elliptique autonome en électricité et sans pile, … Depuis novembre 2006, le Fitness Californie Club de Hong Gong à 18 machines de fitness utilisées par les sportifs en moyenne 6 à 8 heures par jour, qui produisent du courant électrique pour charger des batteries. Chaque machine de fitness produit un courant de 12 V à une puissance de 80 à 100 Watts. En associant la production électrique avec le plafond lumineux s'allumant seulement quand il y à un utilisateur, le Fitness Californie Club de Hong Gong est autonome en éclairage électrique.

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Liens 1/Situation déclenchante Photos: 3/Les solutions Les muscles: Les produits: Vélo elliptique 369€ Dossier Vélo d'appartement 99€ Stepper 45€ Home trainer 200€ Rameur 269€ 4/Validation des hypothèses Ressources énergétique: Modélisation avec « James » et animation: bravo et grand merci à Christian DISDIER Idée de projet Equipements de sport générateurs