Als je naar tennis of een andere sport kijkt, kijk je naar een demonstratie van natuurkunde, alleen met meer gejuich dan het typische natuurkunde-experiment. Centraal in de actie staan de drie bewegingswetten die in 1687 werden beschreven door Sir Isaac Newton, de Grand Slam-kampioen van de pre-industriële wetenschap. In veel opzichten is een tenniswedstrijd een test van welke speler de wetten van Newton het beste manipuleert.
De wetten
De eerste bewegingswet van Newton wordt gewoonlijk de traagheidswet genoemd: een object in een staat van uniforme beweging zal daarin blijven. beweging tenzij het een externe kracht ontmoet, en een object in rust zal in rust blijven tenzij het wordt beïnvloed door een externe dwingen. De tweede wet van Newton definieert de relatie tussen de massa van een object, de kracht die erop wordt uitgeoefend en de versnelling die daaruit voortvloeit: kracht is gelijk aan massa maal versnelling, of F=ma. De derde bewegingswet van Newton is misschien degene waarmee de meeste mensen het meest vertrouwd zijn, al was het maar omdat ze het zo vaak zien aanhalen: voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie.
De eerste wet
In tennis is het meest voor de hand liggende voorbeeld van de eerste wet van Newton de baan van de bal. Als je de bal met je racket slaat, gaat hij een bepaalde richting uit. Als je het spel zou spelen in het vacuüm van de intergalactische ruimte, lichtjaren verwijderd van een zwaartekrachtproducerend lichaam, de bal zou min of meer oneindig in die richting doorgaan, omdat er geen externe krachten op zouden inwerken het. Op aarde zijn echter twee grote krachten aan het werk: luchtweerstand vertraagt de snelheid van de bal en de zwaartekracht trekt de bal naar de grond.
De tweede wet
Toen je die tennisbal met je racket sloeg -- in de ruimte of op aarde -- oefende je er een kracht op uit. Hoeveel kracht? Dat is waar de tweede wet van Newton van pas komt: kracht is gelijk aan massa maal versnelling. In deze vergelijking wordt massa gemeten in kilogram en versnelling in een eenheid die 'meter per seconde per seconde' wordt genoemd. Versnelling is niet hetzelfde als snelheid; het is eerder de snelheid waarmee iets versnelt. Als een object met 1 m per seconde of "m/s" beweegt en het versnelt zodat het een seconde later met 2 m/s beweegt, dan versnelde het 1 m/s in die ene seconde -- 1 m per seconde per seconde.
Nu terug naar die tennisbal die je slaat: een tennisbal heeft een massa van ongeveer 56 g, oftewel 0,056 kg. En laten we zeggen dat je genoeg pit op de bal zet, die een tiende van een seconde nadat je hem hebt geraakt, bereikt hij 100 mph, of 44,7 m per seconde. Dat is een versnelling van 447 m per seconde per seconde, of m/s/s. Vermenigvuldig 0,056 kg maal 447 m/s/s en je krijgt 25,032. Maar 25.032 van wat? Kracht wordt gemeten in eenheden die, toepasselijk genoeg, Newton worden genoemd. Je raakt de bal met een kracht van 25,032 Newton. Lekker serveren.
De derde wet
Jij serveert de bal, je tegenstander geeft de service terug en jij gaat haar volley terugslaan. Je zet je voet op de grond en zet je af. Je duwt in één richting -- onder een hoek in de grond -- en je lichaam gaat in de tegenovergestelde richting, onder een hoek weg van de grond. De kracht waarmee je de grond in duwt, is de kracht waarmee je naar voren wordt geduwd. Dat is actie en reactie. Jij bent Newtons derde bewegingswet, in beweging.