Cum interacționează legile mișcării lui Newton cu tenisul?

Când priviți tenis sau orice alt sport, urmăriți o demonstrație de fizică, doar cu mai multă înveselire decât experimentul fizic tipic. Elementele esențiale ale acțiunii sunt cele trei legi ale mișcării descrise în 1687 de Sir Isaac Newton, campionul Grand Slam al științei preindustriale. În multe privințe, un meci de tenis este un test al jucătorului care manipulează legile lui Newton cu cel mai mare efect.

Prima lege a mișcării lui Newton este denumită în mod obișnuit legea inerției: un obiect aflat într-o stare de mișcare uniformă va rămâne în acel mișcare dacă nu întâlnește o forță externă și un obiect în repaus va rămâne în repaus dacă nu este acționat de către un exterior forta. A doua lege a lui Newton definește relația dintre masa unui obiect, forța aplicată acestuia și accelerația care rezultă: Forța este egală cu masa de accelerație sau F = ma. A treia lege a mișcării lui Newton ar putea fi cea cu care cei mai mulți oameni sunt cei mai familiarizați, doar pentru că o văd citată atât de des: pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă.

În tenis, cea mai evidentă situație a primei legi a lui Newton este calea mingii. Când bateți mingea cu racheta, aceasta se îndreaptă într-o anumită direcție. Dacă jucați jocul în vidul spațiului intergalactic, la ani lumină de orice corp producător de gravitație, mingea ar continua în acea direcție mai mult sau mai puțin la infinit, pentru că nu ar acționa forțe externe aceasta. Cu toate acestea, pe Pământ funcționează două forțe majore: rezistența la aer încetinește viteza mingii și gravitația trage mingea spre sol.

Când ai aruncat mingea de tenis cu racheta - în spațiu sau pe Pământ - ai exercitat o forță asupra ei. Câtă forță? Aici intervine a doua lege a lui Newton: Forța este egală cu accelerarea masei ori. În această ecuație, masa se măsoară în kilograme și accelerația într-o unitate numită „metri pe secundă pe secundă”. Accelerarea nu este același lucru cu viteza; mai degrabă, este viteza cu care ceva se accelerează. Dacă un obiect se mișcă la 1 m pe secundă sau „m / s” și se accelerează astfel încât o secundă mai târziu se mișcă la 2 m / s, atunci a accelerat 1 m / s în acea secundă - 1 m pe secundă pe secundă.

Înapoi la acea minge de tenis pe care ați lovit-o: o minge de tenis are o masă de aproximativ 56 g, sau 0,056 kg. Și să spunem că ați pus destul de multă minge pe o zecime de secundă după ce ați lovit-o, aceasta atinge 100 mph, adică 44,7 m pe secundă. Aceasta este o rată de accelerație de 447 m pe secundă pe secundă, sau m / s / s. Înmulțiți 0,056 kg de 447 m / s / s și obțineți 25,032. Dar 25.032 din ce? Forța este măsurată în unități numite, în mod adecvat, Newtoni. Ai lovit mingea cu 25.032 Newtoni de forță. Serviciu frumos.

Servi mingea, adversarul îți întoarce serviciul și te duci să îi returnezi volea. Îți plantezi piciorul pe pământ și te împingi. Împingi într-o direcție - într-un unghi în pământ - și corpul tău merge în direcția opusă, într-un unghi îndepărtat de sol. Forța cu care ați împins în pământ este forța cu care sunteți propulsat înainte. Aceasta este acțiune și reacție. Ești a treia lege a mișcării lui Newton, în mișcare.