Comment un vélo absorbe-t-il toute l'énergie à l'atterrissage d'une grosse chute?

Il existe d'innombrables vidéos montrant des cavaliers de BMX / freeride / descente, etc. sautant et descendant des hauteurs. Pour le spectateur non professionnel, ils semblent impossibles à survivre. Du point de vue physique, le vélo atteint le sol avec une énergie cinétique donnée qui dépend de la hauteur de la chute et de la masse combinée du cycliste et du vélo. Où est dissipée toute cette énergie? Je suppose que la majeure partie de cette énergie est absorbée par le vélo, et une partie par le cycliste. Comment cette énergie est-elle distribuée dans les différents composants du vélo?

La physique!
Atterrir de grands sauts consiste à dissiper l'inertie que la pesante gravité ancienne a créée lors de votre retour sur terre. Mieux vous dissiperez cette inertie, meilleures seront vos chances de ne pas vous suicider.
Il y a plusieurs facteurs en jeu ici:

• La transition du débarquement.
  L'atterrissage est presque toujours incliné vers le bas. Combinez l'élan vers l'avant avec une pente descendante et vous obtenez un atterrissage beaucoup plus doux que vous ne le feriez sur un terrain plat. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les pilotes se blessent lorsqu'ils dépassent une transition d'atterrissage.
• Suspension.
  Un peu de suspension va un long chemin, et beaucoup de suspension va encore plus loin. La quantité d'amortissement des impacts que même un pouce de donner fournira est énorme. Pensez-y en termes de sensation de tomber en arrière sur un matelas par rapport à tomber en arrière dans les hautes herbes ou la neige, la distance étant égale. L'effondrement des surfaces molles diminue votre vitesse et dissipe votre inertie, ce qui vous empêche de vous fissurer la tête comme vous le feriez sur du béton. Les vélos Big-hit peuvent avoir 8 ou 10 pouces (ou plus) de débattement de suspension. C'est beaucoup de déplacements pour dissiper un impact. Même les pneus fournissent un peu de squish, ce qui est particulièrement important pour les cyclistes de BMX (et c'est aussi pourquoi les cyclistes de VTT rigides ont tendance à utiliser des pneus de plus gros volume).
• Atterrissage correct (comment vous exploitez votre vélo et la suspension du vélo)
  Remarquez comment la plupart des pilotes atterriront la roue arrière en premier, en particulier sur les atterrissages plus plats qui sont courants dans les essais et le BMX de rue. Cela réduit encore l'impact parce que le cycliste peut, d'une certaine manière, tirer parti de la succession de l'avant et de l'arrière du vélo. Ceci est efficace pour les vélos rigides et suspendus. En atterrissant d'abord sur la roue arrière, vous pouvez utiliser le vélo comme une sorte de levier - absorbant une partie de l'impact et diminuant la vitesse de votre corps avant que la roue avant ne se pose. Ceci est réalisé si votre poids est équilibré correctement en vous appuyant contre les pédales et le guidon. L'effet est encore plus grand pour un vélo avec suspension. Lorsque la roue arrière frappe, l'amortisseur arrière absorbe ce qu'il peut, puis la roue avant descend et la fourche s'imprègne encore plus. Comparez cela à un atterrissage totalement à plat (les deux roues en même temps) où le vélo ne fournira à peu près autant de suspension que la course moyenne de la combinaison des amortisseurs avant et arrière, ou pour un vélo rigide, seulement autant que les pneus donnerait (aïe!). L'atterrissage de la roue arrière en premier ne signifie pas que vous obtenez le double de la course, mais cela donne certainement au vélo plus de temps pour dissiper la force de l'atterrissage.
• Genoux et coudes (encore plus de suspension)
  Cela inclut vraiment la plupart de vos articulations - toute partie du corps qui peut fléchir et se déplacer pour absorber l'impact. Vous ne voyez pas de cavaliers faire de grands sauts et atterrir assis. C'est parce qu'ils utilisent leurs bras et leurs jambes pour absorber autant d'impact que possible que le vélo n'a pas pu.

Lorsque vous combinez tous ces éléments en harmonie, vous avez une quantité de mouvement vraiment substantielle, et même si cela ne prend qu'une fraction de seconde pour effectuer un grand saut, il suffit de ralentir la masse d'un cavalier et de l'empêcher de devenir une tache de graisse au bas du Tooney Drop .

Vous avez mentionné l'énergie cinétique, qui doit évidemment aller quelque part. Parfois, vous avez la réception, et le vélo arrive à grande vitesse, mais parfois, comme dans les essais de vélo, le vélo atterrit "à plat" sur du béton ordinaire. Parfois aussi, les freeriders atterrissent sur du béton plat à grande vitesse, et au moins la composante verticale de l'énergie cinétique de la goutte disparaît.

Je dirais qu'il n'y a que trois endroits où cette énergie peut aller:

1. La majeure partie est neutralisée par les forces de décélération créées par le cycliste. Plus il y a de technique et de style, plus la quantité d'énergie peut être absorbée. Habituellement, cela signifie que les muscles extenseurs effectuent une contraction excentrique (en appliquant une force tout en étant étiré, de manière à décceler / s'opposer au mouvement articulaire). Cela implique une dépense énergétique des cellules musculaires, qui proviennent des calories alimentaires. Si la descente est élevée, la plupart des pilotes d'essai préfèrent atterrir en premier, donc ils ont plus de temps pour agir avec la même force, et plus de groupes musculaires pour agir pendant chaque partie de l'atterrissage (c'est très rapide, et cela a à voir avec bien compétences répétées).
2. Dans un vélo avec suspension, BEAUCOUP d'énergie cinétique pourrait «disparaître» à l'intérieur des amortisseurs en raison du débit d'huile visqueux à grande vitesse, ce qui augmente la température de l'huile. Les suspensions modernes à grand débattement extrême contiennent beaucoup d'huile à l'intérieur, fonctionnant avec des vitesses d'écoulement plus faibles (alésages plus grands, trous de soupape plus grands) afin que l'huile n'atteigne pas des températures trop élevées.
3. Enfin, la déformation de l'interface pneu / terrain peut absorber beaucoup d'énergie et diminuer le pic de déccelération (impact) d'un atterrissage. De bons exemples d'atterrissage seraient le sable de plage mou, l'herbe et certains types de boue.

Il est important de mentionner que les éléments rigides du vélo (cadre, roues) n'absorbent pas l'énergie cinétique, transmettent uniquement des forces ailleurs. De plus, pour ajouter à ce que @ jm2 a dit, les articulations ne transmettent que les forces et (heureusement) ne consomment pas beaucoup d'énergie: l'énergie cinétique d'atterrissage est conjuguée à la contraction musculaire agissant à travers l'articulation.

Comme déjà indiqué par jm2 ... il y a de nombreuses raisons pour lesquelles les cyclistes peuvent prendre de plus grosses gouttes. Cependant, comme votre question était de savoir comment est-il distribué ...

Regardez le bras oscillant pour un exemple ... l'impact vertical du vélo fait que le support inférieur arrière se déplace vers le haut à partir du point de pivot de la manivelle. Ce mouvement (force) est redirigé vers le hauban arrière supérieur et transféré au choc qui absorbe la majorité de la force avant de finalement transférer la dernière quantité au tube de selle à un angle perpendiculaire au cycliste et non à travers le cycliste.

C'est pourquoi la pleine force n'est pas placée directement sur les jambes des coureurs.

La géométrie est ce qui divise la part du lion en amortisseurs de 10 pouces qui permettent au cycliste de descendre de 20 pieds sans détruire le vélo en premier, puis de se retrouver avec une quantité d'énergie beaucoup plus petite pour aspirer ses jambes et ses bras.