Quando você assiste tênis, ou qualquer outro esporte, está assistindo a uma demonstração de física, apenas com mais aplausos do que um experimento típico de física. No centro da ação estão as três leis do movimento descritas em 1687 por Sir Isaac Newton, o campeão do Grand Slam da ciência pré-industrial. De muitas maneiras, uma partida de tênis é um teste de qual jogador manipula as leis de Newton com maior efeito.
As leis
A primeira lei do movimento de Newton é comumente chamada de lei da inércia: um objeto em um estado de movimento uniforme permanecerá naquele movimento, a menos que encontre uma força externa, e um objeto em repouso permanecerá em repouso, a menos que seja acionado por um externo força. A segunda lei de Newton define a relação entre a massa de um objeto, a força aplicada a ele e a aceleração resultante: Força é igual a massa vezes aceleração, ou F = ma. A terceira lei do movimento de Newton pode ser aquela com a qual a maioria das pessoas está mais familiarizada, pelo menos porque a vêem citada com tanta frequência: para cada ação há uma reação igual e oposta.
A primeira lei
No tênis, o exemplo mais óbvio da primeira lei de Newton é a trajetória da bola. Quando você acerta a bola com a raquete, ela segue em uma determinada direção. Se você estivesse jogando no vácuo do espaço intergaláctico, a anos-luz de qualquer corpo produtor de gravidade, a bola continuaria naquela direção mais ou menos indefinidamente, porque nenhuma força externa estaria agindo sobre isto. Na Terra, entretanto, duas forças principais estão em ação: a resistência do ar diminui a velocidade da bola e a gravidade puxa a bola em direção ao solo.
A segunda lei
Quando você golpeou aquela bola de tênis com sua raquete - no espaço ou na Terra - você exerceu uma força sobre ela. Quanta força? É aí que entra a segunda lei de Newton: Força é igual a massa vezes aceleração. Nessa equação, a massa é medida em quilogramas e a aceleração em uma unidade chamada "metros por segundo por segundo". Aceleração não é a mesma coisa que velocidade; em vez disso, é a taxa em que algo está se acelerando. Se um objeto está se movendo a 1 m por segundo, ou "m / s", e acelera de forma que um segundo depois está se movendo a 2 m / s, então ele acelerou 1 m / s naquele segundo - 1 m por segundo por segundo.
Agora, de volta à bola de tênis que você acertou: uma bola de tênis tem uma massa de cerca de 56 g, ou 0,056 kg. E digamos que você coloque energia suficiente na bola para que um décimo de segundo depois de acertá-la, ela chegue a 160 km / h, ou 44,7 m por segundo. Essa é uma taxa de aceleração de 447 m por segundo por segundo, ou m / s / s. Multiplique 0,056 kg por 447 m / s / s e você terá 25,032. Mas 25.032 de quê? A força é medida em unidades chamadas, apropriadamente, Newtons. Você acertou a bola com 25,032 Newtons de força. Bom serviço.
A terceira lei
Você saca a bola, seu oponente devolve o saque e você vai devolver o voleio dela. Você planta o pé no chão e dá o impulso. Você empurra em uma direção - em um ângulo em direção ao solo - e seu corpo vai na direção oposta, em um ângulo distante do solo. A força com a qual você empurra o solo é a força com a qual você é impulsionado para frente. Isso é ação e reação. Você é a terceira lei do movimento de Newton, em movimento.