¿Cómo interactúan las leyes del movimiento de Newton con el tenis?

Cuando miras tenis, o cualquier otro deporte, estás viendo una demostración de física, solo que con más alegría que el típico experimento de física. En el centro de la acción están las tres leyes del movimiento descritas en 1687 por Sir Isaac Newton, el campeón del Grand Slam de la ciencia preindustrial. En muchos sentidos, un partido de tenis es una prueba de qué jugador manipula las leyes de Newton con mayor eficacia.

La primera ley del movimiento de Newton se denomina comúnmente ley de inercia: un objeto en un estado de movimiento uniforme permanecerá en ese movimiento a menos que encuentre una fuerza externa, y un objeto en reposo permanecerá en reposo a menos que sea actuado por un externo fuerza. La segunda ley de Newton define la relación entre la masa de un objeto, la fuerza que se le aplica y la aceleración resultante: la fuerza es igual a la masa por la aceleración, o F = ma. La tercera ley del movimiento de Newton podría ser con la que la mayoría de la gente esté más familiarizada, aunque solo sea porque la ven citada con tanta frecuencia: para cada acción hay una reacción igual y opuesta.

En tenis, el ejemplo más obvio de la primera ley de Newton es la trayectoria de la pelota. Cuando golpeas la pelota con tu raqueta, se dirige en una dirección determinada. Si estuvieras jugando en el vacío del espacio intergaláctico, a años luz de cualquier cuerpo que produzca gravedad, la pelota continuaría en esa dirección más o menos indefinidamente, porque ninguna fuerza externa estaría actuando sobre eso. En la Tierra, sin embargo, actúan dos fuerzas principales: la resistencia del aire reduce la velocidad de la pelota y la gravedad la empuja hacia el suelo.

Cuando golpeaste esa pelota de tenis con tu raqueta, en el espacio o en la Tierra, ejerciste una fuerza sobre ella. Cuanta fuerza? Ahí es donde entra en juego la segunda ley de Newton: la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. En esta ecuación, la masa se mide en kilogramos y la aceleración en una unidad llamada "metros por segundo por segundo". Aceleración no es lo mismo que velocidad; más bien, es la velocidad a la que algo se acelera. Si un objeto se mueve a 1 m por segundo, o "m / s", y acelera de modo que un segundo después se mueve a 2 m / s, entonces acelera 1 m / s en ese segundo - 1 m por segundo por segundo.

Ahora volvamos a la pelota de tenis que golpeaste: una pelota de tenis tiene una masa de aproximadamente 56 go 0.056 kg. Y digamos que pones suficiente chispa en la pelota para que una décima de segundo después de golpearla alcance 100 mph, o 44,7 m por segundo. Esa es una tasa de aceleración de 447 m por segundo por segundo, om / s / s. Multiplica 0.056 kg por 447 m / s / sy obtienes 25.032. ¿Pero 25.032 de qué? La fuerza se mide en unidades llamadas, apropiadamente, Newtons. Golpea la pelota con 25.032 Newtons de fuerza. Buen servicio.

Sacas la pelota, tu oponente devuelve el servicio y tú vas a devolver su volea. Planta su pie en el suelo y empuja. Empujas en una dirección, en ángulo hacia el suelo, y tu cuerpo va en la dirección opuesta, en un ángulo alejado del suelo. La fuerza con la que empujaste hacia el suelo es la fuerza con la que te impulsan hacia adelante. Eso es acción y reacción. Eres la tercera ley del movimiento de Newton, en movimiento.