Как законы движения Ньютона взаимодействуют с теннисом?

Когда вы смотрите теннис или любой другой вид спорта, вы смотрите демонстрацию физики, только с большим воодушевлением, чем типичный физический эксперимент. Центральное место в действии занимают три закона движения, описанные в 1687 году сэром Исааком Ньютоном, чемпионом доиндустриальной науки Большого шлема. Во многих отношениях теннисный матч - это проверка того, какой игрок наиболее эффективно манипулирует законами Ньютона.

Первый закон движения Ньютона обычно называют законом инерции: объект в состоянии равномерного движения останется в этом состоянии. движение, если он не сталкивается с внешней силой, и покоящийся объект будет оставаться в покое, если на него не воздействует внешняя сила. сила. Второй закон Ньютона определяет взаимосвязь между массой объекта, приложенной к нему силой и возникающим ускорением: сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma. Третий закон движения Ньютона, возможно, наиболее знаком большинству людей, хотя бы потому, что они часто его цитируют: на каждое действие существует равное и противоположное противодействие.

В теннисе наиболее очевидным примером первого закона Ньютона является путь мяча. Когда вы бьете по мячу ракеткой, он уносится в определенном направлении. Если бы вы играли в вакууме межгалактического пространства, в световых годах от любого тела, создающего гравитацию, мяч будет продолжать движение в этом направлении более или менее бесконечно, потому что никакие внешние силы не будут действовать на Это. Однако на Земле действуют две основные силы: сопротивление воздуха замедляет скорость мяча, а сила тяжести тянет мяч к земле.

Когда вы ударяли ракеткой по теннисному мячу - в космосе или на Земле - вы оказывали на него силу. Сколько силы? Вот где вступает в действие второй закон Ньютона: сила равна массе, умноженной на ускорение. В этом уравнении масса измеряется в килограммах, а ускорение - в единицах, называемых «метры в секунду в секунду». Ускорение - это не то же самое, что скорость; скорее, это скорость, с которой что-то ускоряется. Если объект движется со скоростью 1 м / с, или «м / с», и он ускоряется так, что через секунду он движется со скоростью 2 м / с, то за эту секунду он ускоряется на 1 м / с - 1 м в секунду в секунду.

Теперь вернемся к тому теннисному мячу, в который вы попали: теннисный мяч имеет массу около 56 г или 0,056 кг. И предположим, что вы приложили достаточно шума к мячу, чтобы за одну десятую секунды после удара по нему он достиг скорости 100 миль в час или 44,7 м в секунду. Это скорость ускорения 447 м / с в секунду, или м / с / с. Умножьте 0,056 кг на 447 м / с / с, и вы получите 25,032. Но 25.032 чего? Сила измеряется в единицах, называемых, соответственно, Ньютонами. Вы ударяете по мячу с силой 25,032 Ньютона. Хорошая подача.

Вы подаете мяч, ваш противник возвращает подачу, и вы идете, чтобы ответить ей залпом. Вы ставите ногу на землю и отталкиваетесь. Вы толкаетесь в одном направлении - под углом к ​​земле - и ваше тело движется в противоположном направлении, под углом от земли. Сила, с которой вы толкаете землю, - это сила, с которой вас толкают вперед. Это действие и реакция. Вы - третий закон Ньютона в движении.