كيف قوانين نيوتن للحركة تتفاعل مع التنس؟

عندما تشاهد التنس ، أو أي رياضة أخرى ، فأنت تشاهد عرضًا للفيزياء ، فقط بهتاف أكثر من تجربة الفيزياء النموذجية. مركز العمل هو قوانين الحركة الثلاثة التي وصفها السير إسحاق نيوتن ، بطل جراند سلام في علوم ما قبل الصناعة ، في عام 1687. من نواح كثيرة ، تعتبر مباراة التنس اختبارًا يتلاعب فيه اللاعب بقوانين نيوتن لتحقيق أكبر تأثير.

يُطلق على قانون نيوتن الأول للحركة عادةً قانون القصور الذاتي: سيبقى الكائن في حالة حركة موحدة في ذلك الحركة ما لم تواجه قوة خارجية ، وسيبقى كائن في حالة سكون ما لم يتم التصرف بناءً عليه من قبل شخص خارجي فرض. يحدد قانون نيوتن الثاني العلاقة بين كتلة الجسم والقوة المطبقة عليه والتسارع الناتج: القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع ، أو F = ma. قد يكون قانون نيوتن الثالث للحركة هو القانون الذي يعرفه معظم الناس ، فقط لأنهم يرونه مقتبسًا كثيرًا: لكل فعل رد فعل مساوٍ ومعاكس.

في التنس ، أوضح مثال على قانون نيوتن الأول هو مسار الكرة. عندما تضرب الكرة بمضربك ، فإنها تتجه في اتجاه معين. إذا كنت تلعب اللعبة في فراغ الفضاء بين المجرات ، سنوات ضوئية من أي جسم ينتج الجاذبية ، ستستمر الكرة في هذا الاتجاه بشكل أو بآخر إلى أجل غير مسمى ، لأنه لن تعمل أي قوى خارجية هو - هي. ومع ذلك ، هناك قوتان رئيسيتان على الأرض تعملان: مقاومة الهواء تبطئ سرعة الكرة والجاذبية تسحب الكرة نحو الأرض.

عندما ضربت كرة التنس بمضربك - في الفضاء أو على الأرض - كنت تمارس قوة عليها. ما مقدار القوة؟ وهنا يأتي دور قانون نيوتن الثاني: القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع. في هذه المعادلة ، تقاس الكتلة بالكيلوجرام والتسارع بوحدة تسمى "متر لكل ثانية في الثانية". التسارع ليس مثل السرعة ؛ بل هو المعدل الذي يتم فيه تسريع شيء ما. إذا كان جسم ما يتحرك بسرعة 1 م في الثانية ، أو "م / ث" ، وتزداد سرعته بحيث يتحرك بعد ثانية واحدة بسرعة 2 م / ث ، ثم يسرع بمقدار 1 م / ث في تلك الثانية - 1 م في الثانية في الثانية.

عد الآن إلى كرة التنس التي ضربتها: كرة التنس كتلتها حوالي 56 جرامًا ، أو 0.056 كجم. ولنفترض أنك وضعت ما يكفي من zing على الكرة بعُشر ثانية بعد ضربها ، وصلت إلى 100 ميل في الساعة ، أو 44.7 مترًا في الثانية. هذا معدل تسارع يبلغ 447 م في الثانية في الثانية ، أو م / ث / ث. اضرب 0.056 كجم في 447 م / ث / ث وستحصل على 25.032. لكن 25.032 من ماذا؟ تُقاس القوة بوحدات تسمى نيوتن. قمت بضرب الكرة بقوة 25.032 نيوتن. خدمة لطيفة.

أنت ترسل الكرة ، ويعيد خصمك الإرسال وتذهب لتسدد الكرة. أنت تغرس قدمك على الأرض وتدفع. تدفع في اتجاه واحد - بزاوية في الأرض - ويتحرك جسمك في الاتجاه المعاكس ، بزاوية بعيدًا عن الأرض. القوة التي دفعتها إلى الأرض هي القوة التي تدفع بها للأمام. هذا هو الفعل ورد الفعل. أنت قانون نيوتن الثالث للحركة ، في حالة حركة.