Når du ser tennis eller andre sportsgrene, ser du en demonstration af fysik, bare med mere jubel end det typiske fysikeksperiment. Centralt i handlingen er de tre bevægelseslove, der blev beskrevet i 1687 af Sir Isaac Newton, Grand Slam-mester inden for industriel videnskab. På mange måder er en tenniskamp en test af hvilken spiller, der manipulerer Newtons love med størst effekt.
Loven
Newtons første bevægelseslov kaldes ofte inertiloven: Et objekt i en tilstand af ensartet bevægelse forbliver i det bevægelse, medmindre den støder på en ekstern kraft, og en genstand i ro vil forblive i ro, medmindre den bliver handlet af en ekstern kraft. Newtons anden lov definerer forholdet mellem et objekts masse, den kraft, der påføres det og den acceleration, der resulterer: Kraft er lig med masse gange acceleration eller F = ma. Newtons tredje bevægelseslov kan være den, som de fleste mennesker er mest fortrolige med, hvis kun fordi de ser det citeret så ofte: For hver handling er der en lige og modsat reaktion.
Den første lov
I tennis er den mest åbenlyse forekomst af Newtons første lov stien til bolden. Når du smækker bolden med din ketcher, går den i en bestemt retning. Hvis du spillede spillet i vakuumet fra det intergalaktiske rum, lysår fra ethvert tyngdeproducerende legeme, bolden ville fortsætte i den retning mere eller mindre på ubestemt tid, fordi ingen eksterne kræfter ville virke på det. På jorden er der imidlertid to store kræfter, der virker: Luftmodstand sænker kuglens hastighed, og tyngdekraften trækker bolden mod jorden.
Den anden lov
Da du kastede den tennisbold med din ketcher - i rummet eller på Jorden - udøvede du en kraft på den. Hvor meget kraft? Det er her, Newtons anden lov kommer ind: Force er lig med massetider acceleration. I denne ligning måles masse i kilogram og acceleration i en enhed kaldet "meter pr. Sekund pr. Sekund." Acceleration er ikke det samme som hastighed; snarere er det den hastighed, hvormed noget hurtigere. Hvis en genstand bevæger sig med 1 m pr. Sekund eller "m / s", og den fremskynder, så et sekund senere bevæger den sig med 2 m / s, så øges den 1 m / s i det ene sekund - 1 m pr. sekund pr. sekund.
Nu tilbage til den tennisbold, du rammer: En tennisbold har en masse på ca. 56 g eller 0,056 kg. Og lad os sige, at du lægger nok zing på bolden den tiendedel af et sekund, efter at du har ramt den, når den 100 mph eller 44,7 m pr. Sekund. Det er en accelerationshastighed på 447 m pr. Sekund i sekundet eller m / s / s. Multiplicer 0,056 kg gange 447 m / s / s, og du får 25,032. Men 25.032 af hvad? Kraft måles i enheder kaldet, passende nok, Newton. Du rammer bolden med 25.032 ton kraft. Dejlig servering.
Den tredje lov
Du serverer bolden, din modstander returnerer serven, og du går for at returnere hendes volley. Du planter din fod på jorden og skubber af. Du skubber i en retning - i en vinkel ned i jorden - og din krop går i den modsatte retning i en vinkel væk fra jorden. Den kraft, hvormed du skubbede dig ned i jorden, er den kraft, som du drives fremad. Det er handling og reaktion. Du er Newtons tredje bevægelseslov i bevægelse.