Tous les athlètes olympiques — qu’ils fendent l’eau d’une piscine, lancent un disque ou fassent ployer les barres parallèles — doivent composer avec les lois universelles de la physique qui régissent la nature.

Les sauteurs luttent contre la gravité et les nageurs contre la viscosité de l’eau, les lanceurs doivent maîtriser l’aérodynamisme, et les haltérophiles livrer bataille à la masse.

Voici quelques notions de physique à l’œuvre pendant les jeux olympiques et paralympiques, et comment le savoir-faire scientifique contribue à des performances couronnées par des médailles.

Lorsqu’un archer amène la flèche vers l’arrière en tendant la corde, l’arc et la corde emmagasinent de l’énergie potentielle, qui devient de l’énergie cinétique lorsque l’archer lâche la flèche. Les plumes de la flèche créent une traînée qui empêche les turbulences de faire dévier la flèche de sa course.

Une plongeuse exploite la 3^e loi de Newton (à toute action correspond une réaction de grandeur égale et de sens opposé) en sautant avec force sur le tremplin pour acquérir une vélocité verticale. Elle doit fléchir les hanches et les épaules pendant que ses pieds sont encore en contact avec le tremplin; une fois dans les airs, elle ne peut que diminuer son rayon dans la direction de sa rotation (en repliant les jambes et les bras) pour prendre de la vitesse.

Lorsqu’une gymnaste fait une vrille, elle exploite le concept physique de conservation du moment angulaire. Lorsqu’elle replie les bras et les jambes, son moment d’inertie diminue, mais la vitesse angulaire de la gymnaste augmente pour que son moment angulaire soit conservé.

Pour atteindre une hauteur maximale, les sauteurs à la perche et les sauteurs en hauteur arquent leur corps au-dessus de la barre, de sorte que leur centre de masse passe en réalité jusqu’à 20 cm sous la barre, ce qui demande moins d’énergie. Ce fut la grande innovation du « fosbury flop ».

Lorsque l’on donne un effet brossé à une balle, celle-ci subit une force aérodynamique appelée effet Magnus, qui la « pousse » vers le bas. De plus, la rotation crée des vitesses de l’air différentes au-dessus et en dessous de la balle, ce qui ajoute une force vers le bas en vertu du principe de Bernouilli.

Pourquoi les sprinters de haut niveau ont-ils les bras aussi musclés? Des bras massifs aident à contrebalancer la quantité de mouvement de fortes jambes et à maintenir la stabilité du coureur. Les coudes pliés font en sorte que les bras sont des pendules plus courts et se balancent plus rapidement.

Les rameurs doivent avoir un parfait équilibre entre taille et force. Un grand rameur est plus lourd, de sorte que son embarcation s’enfonce davantage dans l’eau et doit vaincre une plus grande résistance. Mais un rameur grand et fort compense par un coup de rame plus ample et plus puissant.

Le centre de pression d’un javelot est le point où agissent les forces de portance et de traînée aérodynamiques. En 1986, un changement de conception des javelots a déplacé leur centre de gravité à 4 cm devant le centre de pression, dans le but de diminuer la distance parcourue (parce que les lancers allaient dangereusement loin).

Par rapport à d’autres athlètes, les haltérophiles de haut niveau ont tendance à avoir des bras et des jambes relativement courts. Des membres courts donnent un meilleur effet de levier, et les athlètes n’ont pas besoin de soulever les poids aussi haut, ce qui permet une économie d’énergie.

La surchauffe peut constituer un problème sérieux pour les marathoniens. Les coureurs plus petits et plus minces ont tendance à avoir un avantage, car leur corps a un volume moins grand pour produire de la chaleur, ainsi qu’une surface corporelle relative plus grande pour dissiper cette chaleur.

Un disque a la forme d’un « sphéroïde aplati » qui, comme une aile d’avion, crée une portance lorsque le disque est projeté avec l’angle approprié. Un article paru dans l’American Journal of Physics a montré que, grâce à ce phénomène, un disque va en réalité plus loin s’il est lancé contre un léger vent de face qu’en l’absence de vent.

La loi de Hooke est un principe physique selon lequel un ressort étiré tend à revenir à sa position d’équilibre. L’énergie potentielle d’une trampoliniste est maximale au moment elle est propulsée vers le haut. Cette énergie est liée à la constante du ressort et à la loi de Hooke.

Un cycliste qui roule dans le sillage d’un autre cycliste peut avoir une efficacité énergétique jusqu’à 40 % supérieure à celle d’un cycliste qui roule seul à la même vitesse. Fait surprenant, le cycliste qui est devant bénéficie aussi d’un léger gain : le cycliste qui est derrière lui remplit la poche d’air sous faible pression qui pourrait « retenir » le cycliste qui est devant.

Pourquoi les joueurs de rugby donnent-ils un effet de rotation au ballon? Cette rotation confère au ballon une « stabilité gyroscopique » qui l’aide à maintenir sa trajectoire tout en réduisant la traînée aérodynamique.

Harald Bohr, mathématicien important et frère du pionnier de la physique quantique Niels Bohr, a fait partie de l’équipe olympique danoise de soccer (football européen) lors des jeux olympiques de 1908. Il a contribué à la victoire écrasante de son équipe contre la France — 17 à 1, record qui tient encore à ce jour.

Visionnez une conférence publique prononcée à l’Institut Périmètre par le D^r Vilhelm Bohr sur ses remarquables ancêtres.