Když sledujete tenis nebo jakýkoli jiný sport, sledujete ukázku fyziky, jen s větším povzbuzováním než typický fyzikální experiment. V centru dění jsou tři pohybové zákony popsané v roce 1687 sirem Isaacem Newtonem, grandslamovým mistrem předindustriální vědy. V mnoha ohledech je tenisový zápas zkouškou toho, který hráč manipuluje Newtonovy zákony co nejlépe.
Zákony
Newtonův první zákon pohybu se běžně nazývá zákon setrvačnosti: Objekt ve stavu rovnoměrného pohybu v něm zůstane pohyb, pokud nenarazí na vnější sílu, a předmět v klidu zůstane v klidu, pokud na něj nebude působit vnější platnost. Newtonův druhý zákon definuje vztah mezi hmotou objektu, silou na něj aplikovanou a výsledným zrychlením: Síla se rovná hmotnosti krát zrychlení, nebo F = ma. Třetím Newtonovým pohybovým zákonem může být ten, s nímž je většina lidí nejznámější, už jen proto, že ho vidí tak často citovaný: Na každou akci existuje stejná a opačná reakce.
První zákon
V tenisu je nejzřetelnějším příkladem prvního Newtonova zákona dráha míče. Když plesknete míč raketou, míří určitým směrem. Pokud jste hráli hru ve vakuu mezigalaktického prostoru, světelných let od jakéhokoli těla produkujícího gravitaci, koule by tímto směrem pokračovala víceméně neurčitě, protože by na ni nepůsobily žádné vnější síly to. Na Zemi však fungují dvě hlavní síly: Odpor vzduchu zpomaluje rychlost míče a gravitace táhne míč směrem k zemi.
Druhý zákon
Když jste ten tenisový míček trefili raketou - ve vesmíru nebo na Zemi - vyvinuli jste na něj sílu. Kolik síly? To je místo, kde přichází Newtonův druhý zákon: Síla se rovná hromadné době zrychlení. V této rovnici se hmotnost měří v kilogramech a zrychlení v jednotce zvané „metry za sekundu za sekundu“. Zrychlení není to samé jako rychlost; je to spíše rychlost, jakou se něco zrychluje. Pokud se objekt pohybuje rychlostí 1 m za sekundu, nebo „m / s“, a zrychluje se tak, že o jednu sekundu později se pohybuje rychlostí 2 m / s, zrychlil za tuto sekundu o 1 m / s - 1 m za sekundu za sekundu.
Nyní zpět k tenisovému míčku, který trefíte: Tenisový míček má hmotnost asi 56 g neboli 0,056 kg. A řekněme, že na míč vložíte dostatek energie, že jednu desetinu sekundy poté, co ji zasáhnete, dosáhne rychlosti 100 mph neboli 44,7 m za sekundu. To je rychlost zrychlení 447 m za sekundu za sekundu nebo m / s / s. Znásobte 0,056 kg krát 447 m / s / sa dostanete 25,032. Ale 25.032 z čeho? Síla se měří v jednotkách, které se nazývají Newtony. Míč zasáhnete silou 25,032 newtonů. Pěkné podání.
Třetí zákon
Podáte míč, vaše soupeřka vrátí podání a vy jdete vrátit její volej. Položíte nohu na zem a vyrazíte. Zatlačíte jedním směrem - pod úhlem do země - a vaše tělo jde opačným směrem, pod úhlem od země. Síla, kterou jste tlačili do země, je síla, s níž jste poháněni dopředu. To je akce a reakce. Jste třetím Newtonovým pohybovým zákonem v pohybu.