Footballeur coup franc

SUJET PHYSIQUE-CHIMIE problématique : Comment font les footballeurs pour réussir leur coups francs ? N’avons pas tous un jour regardé un match de football, sport comptant le plus d’adhérent au monde, réputé pour ses grands attaquants mais aussi pour les professionnels qualifiés de “génies mathématiques” ou encore “cerveau de l’équipe” Ces personnes sont souvent réputés, non pas pour leur quantités de buts sur une saison, mais aussi souvent pour leur coups francs assez spectaculaires. Juninho,Roberto Carlos,Kevin de Bruyne, Lionel Messi, Angel Di Maria… Tous sont de grands joueurs démarqués en partie grâce à leur magnifiques coups francs. Mais ces coups francs justement, est-ce de la chance ? Du talent ? Aujourd’hui je vais donc vous emmener sur ce terrain ( sans mauvais jeu de mots ) en ayant pour but de comprendre comment font les footballeurs pour réussir leur coups francs ? Car en effet, la chance ne fait pas tout ! Bien sûr, pour comprendre les notions qui vont être abordées, nous devons d’abord convaincre notre esprit de voir le football, non pas seulement comme un sport mais aussi d’un point de vue scientifique. Prenons donc directement une situation de coup franc assez mythique dans le monde du football. Le 1er mai 2019 à Barcelone se déroule le match de demi finale aller de ligue des champions. Lionel Messi, très célèbre footballeur argentin, obtient un coup franc à 25 mètres du but adverse. La suite de cette action est historique mais aussi qualifiée du plus beau coup franc de l’histoire par certains journalistes. Je vous l’accorde, ce but est peut être très beau, l’esthétique ne nous intéresse pas dans cette situation. Je voudrais donc retenir votre attention sur un moment bien précis de l’action, la seconde ou lionel Messi frappe la balle. D’un point de vue footballistique ce n’est qu’une frappe, mais d’un point de vue de la science c’est tout autre chose. en effet, nous pouvons tout d’abord donner un référentiel, un sens, une force et une trajectoire à la balle. Je m’explique : tout d’abord, nous nous plaçons dans le référentiel terrestre supposé galiléen, le référentiel lié à la Terre Ensuite, on applique une force initiale grâce au coup de pied donné à la balle. Cette balle obtiendra donc une vitesse dans l’air qui sera ensuite freinée petit à petit par les frottements qui seront exercés sur elle. Et n’oublions pas une force appliquée sur cet objet qu’est la gravité, ce qui la fera retomber et donnera cet aspect de trajectoire en “courbe” de haut en bas. Car en effet, dans le référentiel galiléen, la balle suit une trajectoire parabolique grâce à la gravité. Cette parabole, nous pouvons la décrire par les équations du mouvement uniforme accéléré. Cependant, ces équations ne peuvent nous servir car d’autres forces entrent en compte, les forces de frottement. On peut décomposer les forces agissant sur la balle en composants horizontaux et verticaux. La force de gravité agit verticalement, tandis que la force initiale du coup de pied agit dans une direction oblique. (dessin de la trajectoire de la balle avec peut être des vecteurs ? pour rendre le dessin plus complet) Cependant, sommes-nous en droit de nous demander si seules ces forces sont responsables de cette trajectoire du ballon ? Effectivement, d’autres facteurs entrent en compte dans ce geste qui paraît donc plus complexe que l’on pourrait croire. parlons dès à présent de l’effet magnus. C’est le principal acteur de la trajectoire “brossé” de la balle. Pour définir l’effet Magnus j’emploierai les termes suivant : l’effet Magnus L’effet Magnus se produit lorsqu’une balle en rotation se déplace dans un fluide comme l’air. Cette rotation crée une différence de vitesse de l’air sur les deux côtés de la balle, entraînant une différence de pression. En tournant, le ballon entraîne l’air avec lui, d’autant mieux qu’il est irrégulier. Ce mouvement de rotation provoque une différence de pression entre les deux côtés du ballon qui, de ce fait, est déporté du côté de la pression la plus faible. Selon la frappe du ballon, on peut produire plusieurs effets différents. De plus cette rotation entraine une différence d’air sur les deux côtés qui frottent la balle, accentuant l’effet de “faire tourner” le ballon dans les airs. A cela, nous pouvons y combiner le principe de Bernoulli qui stipule que dans un flux de fluide, une augmentation de la vitesse du fluide entraîne une diminution de sa pression. On modélise cela par une équation : N’oublions pas de rappeler que le fluide dans cet situation est l’air. Appliquons maintenant ce principe à notre coup franc évoqué précédemment: Je tiens d’abord à vous rappeler la différence de vitesse expliquant que la rotation de la balle fait que l’air se déplace plus rapidement d’un côté que de l’autre, Mais aussi la différence de pression, évoquant le principe de Bernouilli car, en effet, la vitesse de l’air est plus grande (côté en rotation dans le sens du mouvement de la balle), la pression est plus faible. Inversement, là où la vitesse de l’air est plus faible (côté opposé), la pression est plus élevée. On modélise cela par l’équation suivante : Pour mieux comprendre cela, nous allons procéder à un exemple numérique. Supposons une balle de football de rayon r, avec une vitesse v et une vitesse angulaire w On a donc : Cette force perpendiculaire dévie la balle de sa trajectoire rectiligne initiale. Si on intègre cette force dans les équations du mouvement, on obtient une trajectoire courbée. Dans le référentiel terrestre, la balle dévie de sa trajectoire initiale sous l’action de cette force. La trajectoire peut être modélisée par les équations du mouvement, incluant cette force latérale en plus des forces de gravité et de résistance de l’air. En intégrant numériquement ces équations avec des conditions initiales spécifiques (par exemple, position initiale, vitesse initiale et vitesse angulaire initiale de la balle), on peut obtenir la trajectoire courbée de la balle. Ces calculs peuvent être effectués à l’aide de logiciels de simulation numérique ou des méthodes analytiques dans des cas simplifiés. D’un point de vue sportif, le footballeur pourra donc s’entrainer en ayant en tête les conditions dites “parfaites” et améliorer sa technique de coup franc. Cependant, nous savons bien qu’en match, d’autres facteurs entrent en compte comme la fatigue, la lucidité du joueur ou encore un vent survenu en cours de match. Pouvons nous donc affirmer qu’il n’y a pas de talent, seulement de la science au bout du pied ? En résumé, la réussite des coups francs dans le football repose sur une compréhension des principes de la mécanique, de l’effet Magnus, de la trajectoire courbée de la balle et du principe de Bernoulli. Cette analyse nous montre comment les lois de la physique sont omniprésentes, même dans des activités de loisirs comme le football, et comment elles peuvent être appliquées pour améliorer les performances sportives, tout comme les mathématiques. Enfin, cette démonstration nous a montré qu’un geste, pourtant proclamé au génie et talent, est aussi apprécié sous un angle scientifique, nous permettant d’allier passion et physique.