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Football physics 101 : comment fonctionne un lancer au football ?

Football_physicsQuand on pratique un sport, on s’efforce de jouer le mieux possible. Dans le cas du football, les préceptes enseignés par les coachs permettent de plaquer plus efficacement, de lancer le ballon plus loin ou de laisser son adversaire direct plusieurs mètres en arrière. Il est admis qu’un ballon qui tourne sur lui-même permettra un meilleur lancer et la sélection entre deux quarterbacks peut se faire sur ce détail. Cependant, peu de gens pourraient réellement expliquer pourquoi une spirale serrée est plus efficace. Quelle est la physique qui se cache derrière le sport ?

Quand on lance un objet en l’air, que ce soit une balle de tennis, un boulet de canon ou sa télécommande, la trajectoire décrite par cet objet sera toujours la même : une parabole. C’est à cause de la force de gravitation terrestre. Au fur et à mesure que l’objet gagne en altitude, la gravité le ralenti jusqu’au point où l’objet voit sa vitesse verticale descendre à zéro. C’est l’apogée de la parabole. Ensuite la gravité fait accélérer l’objet vers le bas à raison de 9,81 mètres par seconde par seconde (en négligeant les frottements dus à l’air) jusqu’à ce qu’il touche le sol.

football_physics_angular

Gravité et moment cinétique

Cependant, un ballon de football américain, à l’instar d’un ballon de rugby, possède la particularité d’être en forme d’ovale. C’est cette particularité dont tirent profit les quarterbacks. Au moment du lancer, le quarterback va chercher à faire tourner rapidement le ballon autour de son axe longitudinal.

Cette rotation entraîne un moment cinétique s’appliquant sur le ballon. Tout se passe comme si le ballon était attiré par une force qui le poussait à rester à l’horizontale. C’est la même chose avec une toupie qui, tant qu’elle tourne sur elle-même, tendra à rester à la verticale. Mais ce n’est pas tout. Puisque le ballon a une forme ovale, rester à l’horizontale va optimiser son vol.

Ballon_physique

C’est un oiseau ? C’est un avion ? Non c’est un ballon !

C’est le même principe que pour le vol d’un avion. Lorsqu’un avion vole, 4 forces s’appliquent sur lui : la poussée, la traînée, le poids et la portance. Le poussée l’entraîne vers l’avant, la traînée vers l’arrière, le poids l’entraîne vers le bas et la portance vers le haut. En restant à l’horizontale, sa pénétration dans l’air sera optimale puisqu’elle induira une baisse de la traînée et une augmentation de la portance. Cela lui permet de perdre sa vitesse moins rapidement et de retomber plus lentement vers le sol, il planera.

En résumé, ici s’appliquent sur le ballon des forces d’inertie, de résistance aérodynamique et la force de gravité. Il faut retenir que une fois lancé, le ballon a une trajectoire parabolique. La rotation donné par le quarterback va maintenir le ballon à l’horizontale. Ce faisant sa portance sera accrue, sa traînée sera diminuée et il volera plus vite et plus longtemps.

Plus le ballon tournera vite sur lui-même, plus son vol sera optimisé. Et c’est pour ça que les quarterbacks travaillent sans relâche à essayer de faire tourner au mieux leur ballon en sortie de leur main.

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