4.4 La composante verticale : porter
Une force oblique est un vecteur à deux composantes, l'une horizontale, l'autre verticale ; la composante verticale de la force de réaction du sol est aussi appelée composante normale, parce qu'elle est perpendiculaire à la surface de contact — « normale » signifie perpendiculaire, et rien d'autre. Cette section décompose la force de réaction du sol, puis étudie la première de ses deux composantes : sa direction, sa courbe au cours de l'appui, et son rôle, qui est de porter le corps. À la fin de cette section, vous devez être capable d'expliquer pourquoi la composante verticale s'appelle aussi composante normale, de décrire sa courbe sur un appui complet et de dire quel rôle elle joue dans la marche.
4.4.1 Une force, deux composantes
Une force oblique, c'est un vecteur à deux composantes — une horizontale, une verticale. Vous les avez rencontrées au chapitre 2 : ce sont les deux grandeurs qu'on mesure sur l'axe horizontal et sur l'axe vertical pour calculer l'intensité et l'orientation d'une force (§2.3). L'orientation du vecteur force de réaction du sol, qui change au cours de l'appui, est entièrement déterminée par ces deux composantes : quand l'une d'elles varie, le vecteur s'incline ou se redresse.
Vous aurez sûrement repéré que l'intensité de chaque composante varie au cours de l'appui, et que ce sont ces deux variations qui commandent l'intensité et l'orientation du vecteur. Nous les prenons maintenant l'une après l'autre, en commençant par la verticale.
4.4.2 La composante normale
La composante verticale est perpendiculaire au sol — et en géométrie, « perpendiculaire à une surface » se dit normal à cette surface1. Vous la trouverez donc partout, dans les manuels comme dans la littérature scientifique, sous le nom de composante normale, ou de force normale : la composante de la force de réaction du sol perpendiculaire à la surface de contact. Vous avez d'ailleurs déjà rencontré la force normale au chapitre 2, sous le cube posé au sol (§2.4). Attention au mot : « normale » veut dire perpendiculaire, et n'a rien à voir avec « ordinaire ». Ici le sol est plat : perpendiculaire au sol, c'est donc vertical, et les deux noms désignent la même composante.
Un point sur son sens. Un sol ne peut que pousser le pied qui s'appuie sur lui. La composante normale est donc toujours dirigée vers le haut, et elle ne s'annule qu'au moment où le contact est rompu.
4.4.3 La courbe de la composante verticale, et son rôle
La figure 4.5 donne cette composante sur un appui complet, avec, en travers, la ligne du poids de la marcheuse. Vous l'avez déjà vu sur la vidéo : elle oscille autour de cette ligne pendant tout l'appui — au-dessus, puis en dessous, puis au-dessus de nouveau. Aux deux sommets, elle vaut entre une fois et une fois et demie le poids de la marcheuse, selon la vitesse de marche2. Ce sont les deux pics repérés au §4.3.2, à la mise en charge et en fin d'appui ; la courbe de la composante verticale ressemble d'ailleurs beaucoup à celle de l'intensité totale (figure 4.4), parce que la verticale en est de loin la plus grande part.
C'est cette courbe qui donne à la composante verticale son rôle : elle assure le support du corps. À chaque pas, c'est cette force qui vous porte — elle s'oppose à votre poids. Ce qu'elle ne peut pas faire, c'est vous faire avancer : c'est l'objet de la section suivante.
- Composantes d'une force
- Les deux grandeurs d'un vecteur force mesurées sur l'axe horizontal et sur l'axe vertical ; elles déterminent ensemble son intensité et son orientation (§2.3).
- Composante normale (force normale)
- La composante de la force de réaction du sol perpendiculaire à la surface de contact. « Normale » signifie perpendiculaire. Sur sol plat, c'est la composante verticale ; elle est toujours dirigée vers le haut, et son rôle est de porter le corps.
- Décomposer la force de réaction du sol en ses deux composantes, et dire ce que chacune commande dans le vecteur.
- Expliquer pourquoi la composante verticale s'appelle aussi composante normale, et ce que « normale » signifie.
- Décrire la courbe de la composante verticale sur un appui : une oscillation autour du poids, avec deux sommets entre une et une fois et demie le poids.
- Énoncer le rôle de la composante verticale : porter le corps, en s'opposant au poids.