Lorsque vous regardez du tennis, ou tout autre sport, vous assistez à une démonstration de physique, juste avec plus d'acclamations que l'expérience de physique typique. Au cœur de l'action se trouvent les trois lois du mouvement décrites en 1687 par Sir Isaac Newton, le champion du Grand Chelem de la science préindustrielle. À bien des égards, un match de tennis est un test pour savoir quel joueur manipule les lois de Newton au mieux.
Les lois
La première loi du mouvement de Newton est communément appelée la loi d'inertie: un objet dans un état de mouvement uniforme restera dans cette mouvement à moins qu'il ne rencontre une force externe, et un objet au repos restera au repos à moins qu'il ne soit sollicité par une force externe. Obliger. La deuxième loi de Newton définit la relation entre la masse d'un objet, la force qui lui est appliquée et l'accélération qui en résulte: la force est égale à la masse multipliée par l'accélération, ou F=ma. La troisième loi du mouvement de Newton est peut-être celle que la plupart des gens connaissent le mieux, ne serait-ce que parce qu'ils la voient si souvent citée: pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée.
La première loi
Au tennis, l'exemple le plus évident de la première loi de Newton est la trajectoire de la balle. Lorsque vous frappez la balle avec votre raquette, elle part dans une certaine direction. Si vous jouiez au jeu dans le vide de l'espace intergalactique, à des années-lumière de tout corps produisant de la gravité, la balle continuerait dans cette direction plus ou moins indéfiniment, car aucune force extérieure n'agirait sur il. Sur Terre, cependant, deux forces majeures sont à l'œuvre: la résistance de l'air ralentit la vitesse de la balle et la gravité tire la balle vers le sol.
La deuxième loi
Lorsque vous avez frappé cette balle de tennis avec votre raquette - dans l'espace ou sur Terre - vous avez exercé une force sur elle. Combien de force? C'est là qu'intervient la deuxième loi de Newton: la force est égale à la masse multipliée par l'accélération. Dans cette équation, la masse est mesurée en kilogrammes et l'accélération dans une unité appelée "mètres par seconde par seconde". L'accélération n'est pas la même chose que la vitesse; c'est plutôt la vitesse à laquelle quelque chose s'accélère. Si un objet se déplace à 1 m par seconde, ou "m/s", et qu'il accélère de sorte qu'une seconde plus tard, il se déplace à 2 m/s, alors il accélère de 1 m/s au cours de cette seconde -- 1 m par seconde par seconde.
Revenons maintenant à cette balle de tennis que vous avez frappée: une balle de tennis a une masse d'environ 56 g, soit 0,056 kg. Et disons que vous mettez suffisamment d'énergie sur la balle qu'un dixième de seconde après l'avoir frappée, elle atteint 100 mph, ou 44,7 m par seconde. C'est un taux d'accélération de 447 m par seconde par seconde, ou m/s/s. Multipliez 0,056 kg par 447 m/s/s et vous obtenez 25,032. Mais 25.032 de quoi? La force est mesurée en unités appelées, à juste titre, Newtons. Vous frappez la balle avec 25,032 Newtons de force. Bon service.
La troisième loi
Vous servez le ballon, votre adversaire retourne le service et vous allez lui rendre sa volée. Vous plantez votre pied au sol et vous vous lancez. Vous poussez dans une direction - à un angle dans le sol - et votre corps va dans la direction opposée, à un angle éloigné du sol. La force avec laquelle vous avez enfoncé le sol est la force avec laquelle vous êtes propulsé vers l'avant. C'est l'action et la réaction. Vous êtes la troisième loi du mouvement de Newton, en mouvement.