Adrénaline : substance jouant un rôle d'hormone et de neurotransmetteur, secrétée par les nerfs végétatifs sympathiques surtout par la glande médullosurrénal. L'adrénaline accélère le rythme cardiaque, augmente la pression artérielle, dilate les bronches et les pupilles, élève la glycémie.

Anatomie : étude scientifique de la forme, de la disposition et de la structure des organes de l'homme. 

Articulation : jonction entre deux os ; ensemble des éléments qui assurent cette jonction. 

Biochimie : étude des substances et des réactions chimiques des organismes vivants.

Biochimique : relatif à la biochimie ; relatif aux réactions chimiques de l'organisme.

Biomécanique : application des lois de la mécanique aux problèmes de biologie ou de médecine.

Chronophotographie : procédé d'analyse du mouvement par des photos successives.

Glandes surrénales : relâchent de nombreuses hormones dans la circulation sanguine dont l’adrénaline.

Métabolisme : ensemble des réactions chimiques de transformation de matière et d'énergie qui s'accomplissent dans tous les issus de l'organisme vivant.

Organes locomoteurs : L'appareil locomoteur est un ensemble d'organes permettant de se déplacer. L'appareil locomoteur comprend les os et les articulations des membres et de la colonne vertébrale ainsi que les ligaments, les muscles et les tendons qui les relient ou les actionnent.

Vitesse terminales : La vitesse terminale d'un objet est celle qu'il atteint lorsque la résistance du fluide dans lequel il progresse compense son poids alors qu'il est en chute libre. Son accélération cesse et donc sa vitesse devient constante.

Résistive: Se dit d'un dispositif ou d'un circuit électrique dont la grandeur essentielle est la résistance.

isométrique:. Se dit d'une contraction musculaire telle que la longueur du muscle ne change pas alors que la force développée par le muscle augmente.

Notre TPE repose sur le thème Matière et Forme et plus précisément sur les organes locomoteurs ainsi que les articulations. Afin de traiter notre sujet, nous avons choisi de nous intéresser à l'homme et au guépard. L'homme est un être humain vertébré. Si l'on se penche sur sa course, l'homme a perdu de la vitesse au fil du temps. Il y a deux millions d'années, les premiers prototypes pré-humains ne disposaient d'aucunes armes. Ils sont donc devenus charognards. L'homme se serait d'abord mis à courir pour arriver en premier sur les gibiers. Ainsi, ils se sont distingués des autres grands singes en développant leur aptitude à la course. Ses capacités physiques ont diminué au profit du développement de son cerveau ; de nouvelles aptitudes qui lui ont sans doute permis de survivre. Cependant, notre morphologie nous permet toujours de courir mais de manière bien moins rapide que les animaux. En effet, le guépard, animal mammifère vertébré appartenant à la famille des félins est l'animal le plus rapide de tout les temps. Contrairement à l'homme, le guépard ne se blesse que très rarement. Suite à cela, nous pouvons nous demander si l'homme peut courir aussi vite que le guépard sur 100m. Dans un premier temps, nous nous intéresserons à la morphologie de l’homme ainsi que celle du guépard. Puis, dans un second temps, nous verrons le métabolisme chez ces deux individus.

Enfin je vais vous expliquez l'importance des muscles lors d'un mouvement, car se sont grâce à eux que le corps humain réussi a se mouvoir et donc courir. Comme Jeanne la précédemment expliqué le guepard est avantage musculairement sur l'homme si on se base sur le principe de la force des muscles 

Premièrement le muscle est un système mécanique à 3 composantes : La première composante est une composante contractile qui correspond à l'activité de l’ensemble des fibres musculaires 

La deuxième composante est une composante élastique qui correspond à l'ensemble des structures non contractiles du muscles (pas besoin lors d'anisometrique) l'anisometrie contraction lors d'un mouvement

la troisième composante est une composante éclectique reunissant les tendons et les points d’articulations

maintenant que nous connaissons la composition du muscle enfin de son système mécaniques nous allons maintenant voir comment le muscle utilise la force et comment elle la développe 

tout d'abord le mouvement et le maintien de la posture est assuré par les muscles squelettiques. Ils développent des forces F qui s'opposent au forces résistives R

exemple:si un homme tiens une altère alors F s'opposent a R . F et R forme un couple de force.

Le moment exercé par ces deux forces =au produit de leurs intensité/point d'implication/articulation et cosinus de l'angle de l'angle équilibre = Fd1 cosalpha = Rd2 cosalpha2 malheureusement même si nous avons compris le principe de cette formule il nous est trop complique de bien la détaillé

troisièmement la force maximale du muscle est atteinte quand la longueur initiale du muscle >20% a la longueur d’équilibre 

exemple: c'est comme un ressort sauf que l'augmentation se fait de manière exponentiel

pour augmenter la force du muscle il faut augmenter la raideur de la fibre musculaire pour augmenter la section transversale du muscle car cette section dépend du diamètres des fibres donc il y aura augmentation de la force développé 

Lors de l'effort qui nous intéressent qui est le sprint nous les humains utilisons la filière anaérobique.le principe de L’anaérobie s’écrit 

Matière organique---> CO2+H20 qui donne des des déchets comme l'acide lactique qui provoque des crampes 

pour fonctionner la filière anaérobie se repose sur l'ATP qui est une molécule ATP fonctionne comme une monnaie d’échange d’énergie pour n importe quel être vivant cela s’écrit=ATP+ADP+P+Énergie 

on doit alors après l'effort payer une dette énergétique

Utilisation de anaérobie peut être représente par ce tableau 

   | Type d'exercice  | Intensité  | Durée 
 | Vitesse pure ex explosif | Max possible | [0;6] secondes
 | Vitesse endurance  | Très grande  | [6;20]secondes

on peut prendre aussi en compte la foulée qui joue sur la consommation énergétique mais aussi le fais que lors d un sprint les fibres motrices ont une contractilités plus importante et donc on se fatigue facilement 

            1. L'anatomie des 2 individus

 

            Tout d'abord, nous allons étudier l'anatomie de l'Homme ainsi que celle du guépard. L'Homme a une taille moyenne d'1m80 pour un poids moyen de 77kg. Le guépard quant à lui a une taille de 66-94cm pour en moyenne 72kg. Le guépard a une morphologie faite pour la course. En effet, l'ensemble de son corps est aérodynamique, c'est à dire qu'il est fait pour se déplacer dans l'air. En revanche, l’Homme lui n'est pas taillé pour la course. L'Homme est bipède tandis que le guépard est quadrupède ce qui le désavantage sur sa course. L'Homme est conçu pour se tenir vertical, debout, ce qui lui demande plus d'énergie qu'un quadrupède. En effet, l'Homme doit tenir son dos à l'aide de sa musculature. Il possède 206 os et le poids de son squelette représente 15 à 20 % de son poids total. Le squelette du guépard est quant à lui très léger Le centre de gravité de l'Homme et du guépard est le même ; il s'agit du nombril. Lorsque l'Homme court, son bassin s'ouvre ce qui va engendrer une insertion du fémur latéral sur le péroné. Cette position n'est pas une bonne posture pour la course de l'Homme. Le guépard a énormément de caractéristiques lui assurant une bonne course. Ce dernier a des pattes longues et fortes comme celle d'un lévrier. Les os de ses pattes sont longs. Ses hanches sont puissantes. Sa taille est fine et sa tête est petite et profilée afin de bien entrer dans l’air lorsqu’il court. L’homme, lui n’a pas une tête profilée. Ses griffes ne sont pas rétractiles et lui permettent de prendre, comme un coureur de 100m avec ses pointes, ses appuis au sol sans glisser. En effet, le guépard a des sillons sous les coussinets ce qui lui empêche de ne pas glisser. L'Homme a donc besoin de se procurer de chaussures spéciales pour la course afin de bien courir. Le guépard a une queue longue et musclée, elle lui permet de contrepoids et lui permet de garder son équilibre lorsqu'il change brusquement de direction. Afin de garder l'équilibre, l'Homme peut se servir de ses bras comme contrepoids. La colonne vertébrale du guépard est très flexible contrairement à celle de l'Homme et lui permet une grande souplesse lors de ses bonds. Il peut ainsi projeter ses membres postérieurs très loin. Sur son visage, le guépard possède des grandes moustaches qui viennent s’enrouler autour de ses joues pour permettre plus d’aérodynamisme et donc courir encore plus vite. L’homme, lui ne possède pas de moustache ce qui le désavantage en terme de vitesse par rapport au guépard. De plus, le faible développement des crocs et des racines favorise les voies respiratoires du guépard : c'est donc un atout indéniable pour la course. Le guépard a de larges fosses nasales, lui assurant une bonne oxygénation pendant sa course. Celles de l'Homme sont assez petites.

 

 

Lorsque le guépard court, il fait des bonds. Afin de réaliser ses bonds, le guépard prend impulsion sur ses pattes arrières et va lancer directement ses deux pattes avant loin devant de facon à ce que ses 4 pattes soient tendus. Une fois qu'il est en haut de son bond, il va poser ses pattes avant une par une sur le sol et va les ramener sous son ventre. Ses pattes arrières vont aussi aller sous son ventre. Une fois ce phénomène finit, le guépard reproduit toujours ces mêmes mouvements pour refaire des bonds et donc courir. Ses bonds sont très grands ; en effet, ils peuvent allés jusqu’à 8 mètres. Le guépard reproduit 4 foulées ou autrement dit 4 bonds en une seconde. L'Homme, lui, prend impulsion sur une seule jambe, levant sa jambe avant de manière à ce qu'il n'y ait toujours qu'une seule jambe en contact avec le sol. Comme je viens de le dire implicitement, le guépard a plus d'appuis au sol que l'Homme. L'Homme ainsi que le guépard n'ont seulement la moitié de leurs appuis au sol lorsqu'il court (1 jambe sur les 2 pour l'homme et 2 pattes sur les 4 pour le guépard). Mis à part ses jambes, l'Homme s'aide de ses deux bras pour courir. Cela lui sert de contrepoids et lui permet de chasser l'air. Les deux bras de l'Homme, lorsqu’il court, font des mouvements horizontaux. Il y a toujours un bras en avant et un bras en arrière qui changent de place à chaque foulée de l'homme. Nous avons vu aussi dans l'anatomie que le guépard avait sa queue pour lui servir de contrepoids. Lors de sa course, sa queue ondule mais reste toujours au même niveau par rapport au sol. Quant à la colonne vertébrale du guépard, elle ondule de façon a suivre le mouvement du bond. Elle est très flexible. Celle de l'Homme reste toujours droite afin que ce dernier soit le plus droit possible pour aller vite. Sa tête est alignée à la colonne vertébrale et ne s'avance pas vers l'avant comme celle du guépard. 

 

3) Le fonctionnement du corps pendant la course (articulation et organe locomoteurs)

comme nous avons pu le voir grâce au développement de Jeanne et Noam sur leurs parties respectives quand nous courons nous provoquons des mouvements : voici comment le corps réagi à ces mouvements . Nous savons désormais que l’humain n’est malheureusement pas un être taille pour la course. Cependant notre corps comporte des organes locomoteurs et des articulations nous permettant de nous mouvoir 

premièrement pour se deplacer nous utilisons nos orgalocomoteurs telles que 

Enfin je vais vous expliquez l'importance des muscles lors d'un mouvement ; se sont grâce à eux que l'homme ainsi que le guepard réussissent à se mouvoir et donc courir. Comme Jeanne la précédemment expliqué le guepard est avantagé musculairement sur l'homme si l'on se base sur le principe de la force des muscles.

 Le muscle est un système mécanique à 3 composantes : Sa première composante est une composante contractile qui correspond à l'activité de l’ensemble des fibres musculaires.

Ensuite sa deuxieme composante est élastique ce qui correspond à l'ensemble des structures non contractiles du muscles (pas besoin lors d'anisometrique).

Enfin sa troisieme et dernière composante est une composante électrique reunissant les tendons et les points d’articulations.

Après avoir vue le système mécanique nous allons maintenant voir comment le muscle utilise la force et comment il la développe afin de permettre à l'homme et au guépard de se déplacer.

Tout d'abord le mouvement et le maintien de la posture est assuré par les muscles squelettiques. Ils développent des forces F qui s'opposent au forces résistives R

exemple:si un homme tiens une altère alors F s'opposent a R . F et R forme un couple de force.

Le moment exercé par ces deux forces =au produit de leurs intensité/point d'implication/articulation et cosinus de l'angle de l'angle équilibre = Fd1 cosalpha = Rd2 cosalpha2 malheureusement même si nous avons compris le principe de cette formule il nous est trop complique de bien la détaillé

 La force maximale du muscle est atteinte quand la longueur initiale du muscle est superieur à 20% a la longueur d’équilibre.

Exemple: c'est comme un ressort sauf que l'augmentation se fait de manière exponentiel

pour augmenter la force du muscle il faut augmenter la raideur de la fibre musculaire pour augmenter la section transversale du muscle car cette section dépend du diamètres des fibres donc il y aura augmentation de la force développé 

Lors de l'effort qui nous intéresse qui est le sprint nous les humains et le guépard utilisons la filière anaérobique.Le principe d'anaérobie s’écrit 

Matière organique---> CO2+H20 qui donne des déchets comme l'acide lactique qui provoque des crampes.

Pour fonctionner, la filière anaérobique se repose sur l'ATP qui est une molécule . L'ATP fonctionne comme une monnaie d’échange d’énergie pour n importe quel être vivant cela s’écrit=ATP+ADP+P+Énergie 

on doit alors après l'effort payer une dette énergétique

Utilisation de anaérobie peut être représente par ce tableau 

   | Type d'exercice  | Intensité  | Durée 
 | Vitesse pure ex explosif | Max possible | [0;6] secondes
 | Vitesse endurance  | Très grande  | [6;20]secondes

On peut aussi prendre en compte la foulée qui joue sur la consommation énergétique mais aussi le fais que lors d un sprint les fibres motrices ont une contractilités plus importante et donc on se fatigue facilement. De plus lors d'un 100metres l'homme fait plus de foulées que son concurant le guépard.

3) Le fonctionnement du corps pendant la course (articulation et organe locomoteurs)

Comme nous avons pu le voir grâce au développement de Jeanne et Noam sur leurs parties respectives lorsque nous courons nous provoquons des mouvements. Voici comment le corps réagi face à ces mouvements . Nous savons désormais que l’humain n’est malheureusement pas un être taillé pour la course. Cependant notre corps comporte des organes locomoteurs et des articulations  permettant de nous mouvoir 

 Pour se déplacer l'homme ainsi que le guépard utilisons notre système d'organes locomoteurs qui se compose d'un ensemble d'organes qui nous permet de faire des mouvements. On compte parmi ces organes 3 grands ensembles  : Les os, les muscles et les articulations qui se décomposent chacun en organes individuelles.

Quand l'homme court plusieurs chose ce passe. Tout d'abord comme la introduit Jeanne, les humains contrairement au guépard se blessent lorsque qu'ils courent . Cependant nous pouvons observer certaines modifications similaires au guépard comme par exemple l'augmentation de la chaleur corporelle qui passe de 37 °C à 40 pendant l'activité et peut meme atteindre les 43°C. C'est à cause de cette augmentation de température que l'homme sue car son sytème régule la température de son corps grâce a l'eau. La seule différence avec le guépard est que pour nous, les hommes la chaleur de notre cerveau reste constante (37°C) alors que pour le guépard son cerveau peut atteindre les 40°C maximum . C'est d'ailleurs a cause de cela que le guépard ne peut courir qu'à son maximum pendant une durée limitée de 17 secondes.

Cependant, notre corps contrairement au corps du guépard n'est pas fais pour courir c'est pour cela que lors du sprint nous observons une modification temporaire. On observe aussi une modification anatomique des systèmes locomoteurs lors d'activité répété pendant un entrainement. Cela explique donc pourquoi des sportifs de haut niveaux tels que Usain Bolt (notre sportif de référence pour la course de 100m), Justin Galtin ou encore Jimmy Vicaut s'entrainent jusqu'à 8h par jour pour modifié leur anatomie.

ouverture possible autre part:
malheureusement malgré tout les efforts que certaines personnes mettent dans leurs entrainement il existe une « selction natturelle » pour le sprint qui est hériditaire 

 

Le guépard est réputé pour être l'animal terrestre le plus rapide au monde. D'après des observations ce félin pourrait piquer des sprints à plus de 100 km/h.

Même sans forcer, un guépard a ce qu'il faut pour laisser sur place le plus véloce des lévriers (65 km/h) ou des chevaux de course (68 km/h). 

 

Le Guépard face à l’Homme le plus rapide du monde « Usain Bolt »

 

Nous allons tout d’abord comparer la vitesse du guépard à celle de l’Homme ayant été le plus rapide du monde. De plus, nous allons nous intéresser à la meilleure performance de Bolt face à une performance plutôt bonne d’un guépard.

Il faut savoir que comme nous l’avons déjà dit, pour un guépard il plutôt facile sur 100m d’atteindre 90-100 km/h, alors que la meilleurs performance de Bolt en enregistré à 43,2 km/h sur un parcours de 100 m. Cela veut donc dire si Usain Bolt avait couru contre un guépard, il se serait incliné de plus de 3 secondes puisqu’il a couru le 100m en 9’58 secondes alors qu’un guépard mettrai environ 5’95. Mais qu’est ce qui explique cette différence de chrono en plus de la différence de vitesse ; C’est ce que l’on a essayé de comprendre en étudiant la course découpée en 3 étapes. Car le plus impressionnant chez le guépard c’est son incroyable capacité à accélérer, freiner et changer brutalement de direction. 

Analyse de la course

Pour pouvoir réaliser cette comparaison nous avons réalisé une chronophotographie de la course d’un humain lors de ces différentes étapes et nous avons comparé les données que nous avons trouvé pour les Hommes à celles trouvé par des scientifiques pour les guépards.

•      accélération 

 

Ce graphique représente la vitesse d’un Homme lors de son accélération en fonction du temps. Le mouvement était rectiligne accéléré ce qui prouve qu’il y a une accélération. Pour atteindre sa vitesse max le sujet Humain a mis plus 1.5 secondes, mais la vitesse max est de 8 m/s ce qui représente 28.8 km/m. Le guépard lui met environ 3 seconde à atteindre sa plus haute vitesse, c’est plus long que l’Homme mais il dépasse très vite les 27 km/h puisqu’il va à 70 km/h en deux secondes et atteint donc 90-100 km/h en 3 seconde. Cette plus grande capacité d’accélération peut être expliquée par le fait que le guépard parcours 7m par foulées et qu’il effectue 4 foulées par seconde.

Il passe donc de 0 à 100 km/h en 3 foulées.

 

. course constante

 

 

Ce graphique représente la course constante, c'est-à-dire la course parcourue entre l’accélération et la décélération. Lors de cette partie de la course le mouvement est uniforme rectiligne car la vitesse ne varie pas. Nous pouvons voir sur le graphique que la vitesse de l’homme se situe donc aux alentours de 8 m/s c'est-à-dire 28.8 km/h. Cette vitesse est largement inférieure à celle du guépard qui est 3 fois supérieur puisqu’elle est de 90 km/h.

 

.décélération 

 

Même si la décélération n’est pas importante sur un sprint en ligne droite s’il y a des changements de direction brusques cette dernière est indispensable. Le graphique représente donc la vitesse d’un Homme lors de la décélération le mouvement est logiquement rectiligne décéléré. Nous constatons que l’Homme perd au maximum 3 m/s en 1 seconde. L’Homme est encore une fois battu par le guépard qui peut décélérer de 4 m/s en 1 foulé. En sachant qu’il fait 4 foulé par seconde il freine d’environ 16 m/s en 1 seconde (expliquer la limite de précision du calcule).

https://www.futura-sciences.com/sante/photos/biologie-homme-vs-animal-plus-fort-703/biologie-vitesse-guepard-champion-sprint-5031/

http://www.lefigaro.fr/sciences/2013/06/13/01008-20130613ARTFIG00700-dans-la-course-du-guepard-tout-est-dans-l-acceleration.php

https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/pour-le-guepard-rien-ne-sert-de-courir-il-faut-freiner-a-point_13094

En effet, en comparant les performances de vitesse du guépard nous remarquons que l'Homme est battu à plates coutures que se soit lors de l'accélération, de la course à pleine vitesse ou de la décélération.

Cela est expliqué principalement par l'évolution de l'Homme et du guépard qui est très différente. Ils ont beaux tous les deux être des mamifères terrestre, leur place dans la chaine alimentaire est extremement différente, ils ont donc des besoins différents. Le guépard pour survivre à du aprendre à être plus rapide que ses proies, alors que l'Homme n'a eu besoin de courir uniquement pour voler des proies à d'autres prédateurs. Donc l'évolution de l'anatomie humaine n'a pas favorisé la course. Pour ce qui est du guépard, il a développé une anatomie extraordinaire pour la vitesse surtout par son aero-dynamisme.

Mais pas seulement puisque nous avons vu que l'Homme ou le guépard subissent les même règle au sein de leurs métabolismes que se soit pour la respiration cellulaire ou bien pour la force des muscles. En effet se sont les même chez les deux mamifères sauf que l'anatomie interne du guépard le favorise encore. Ses muscle fonctionnent comme ceux de l'Homme mais il sont plus nombreux et le guépard à quatre pattes et pour la respiration cellulaire elle favorise le guépard sur un sprint parce qu'il a de plus grands poumons et plus de globules rouges.

Pour contre, tous ces caractéristiques chez le guépard, qu'ils soit liés à l'anatomie ou au métabolisme, favorise un sprint sur de courtes distances. On peut donc se demander quel serait le résultat d'une course humain contre guépard sur une bien plus longue distance. La question est donc de savoir si l'Homme est plus fait pour la course d'endurance.

En plus de cela, le guépard et l'Homme subissent une meme limite de vitesse à cause de l'atmosphère. En effet, bien que sur Terre le guépard battra toujours l'Homme en vitesse. Sur le même principe que la vitesse finale, s'ils augmentent considérablement leur vitesse, elle s’opposera à la force de frottement de l'air. Plus la vitesse sera haute, plus la force de frottement sera grande au point de finir par compenser la force que l'Homme ou le guépard produit musculairement pour se donner de la vitesse. Ils auront donc surement une limite de vitesse identique...