Keď sledujete tenis alebo akýkoľvek iný šport, sledujete ukážku fyziky, ktorá vás povzbudzuje viac ako bežný fyzikálny experiment. V centre diania sú tri pohybové zákony, ktoré v roku 1687 popísal sir Isaac Newton, grandslamový šampión predindustriálnej vedy. V mnohých ohľadoch je tenisový zápas testom, ktorý hráč čo najlepšie manipuluje s Newtonovými zákonmi.
Zákony
Prvý Newtonov pohybový zákon sa bežne nazýva zákon zotrvačnosti: Objekt v stave rovnomerného pohybu v ňom zostane pohyb, pokiaľ nenarazí na vonkajšiu silu, a predmet v pokoji zostane v pokoji, pokiaľ na neho nebude pôsobiť vonkajší sila. Druhý Newtonov zákon definuje vzťah medzi hmotnosťou objektu, silou na neho pôsobiacou a výsledným zrýchlením: Sila sa rovná hmotnosti krát zrýchlenie alebo F = ma. Tretím Newtonovým pohybovým zákonom môže byť ten, ktorý väčšina ľudí pozná najviac, už len preto, že ho vidí tak často citovaný: Pre každú akciu existuje rovnaká a opačná reakcia.
Prvý zákon
V tenise je najzrejmejšou ukážkou prvého Newtonovho zákona dráha lopty. Keď udierate loptou raketou, smeruje určitým smerom. Ak ste hrali hru vo vákuu medzigalaktického priestoru, svetelné roky od ľubovoľného tela produkujúceho gravitáciu, lopta by týmto smerom pokračovala viac-menej neurčito, pretože by na ňu nepôsobili žiadne vonkajšie sily to. Na Zemi však pôsobia dve hlavné sily: Odpor vzduchu spomaľuje rýchlosť lopty a gravitácia ju ťahá k zemi.
Druhý zákon
Keď ste tenisovú loptičku prehodili svojou raketou - vo vesmíre alebo na Zemi - vyvinuli ste na ňu silu. Koľko sily? To je miesto, kde prichádza druhý Newtonov zákon: Sila sa rovná hromadnej rýchlosti zrýchlenia. V tejto rovnici sa hmotnosť meria v kilogramoch a zrýchlenie v jednotke nazývanej „metre za sekundu za sekundu“. Zrýchlenie nie je to isté ako rýchlosť; je to skôr rýchlosť, akou sa niečo zrýchľuje. Ak sa objekt pohybuje rýchlosťou 1 m za sekundu alebo „m / s“ a zrýchľuje sa tak, že o jednu sekundu neskôr sa bude pohybovať rýchlosťou 2 m / s, potom za túto sekundu zrýchlil o 1 m / s - 1 m za sekundu za sekundu.
Teraz späť k tenisovej loptičke, ktorú ste trafili: Tenisová loptička má hmotnosť asi 56 g alebo 0,056 kg. A povedzme, že na loptu dáte dostatok elánu, že jednu desatinu sekundy po jej zasiahnutí dosiahne rýchlosť 100 míľ za hodinu, teda 44,7 m za sekundu. To je rýchlosť zrýchlenia 447 m za sekundu za sekundu alebo m / s / s. Násobte 0,056 kg krát 447 m / s / s a získate 25,032. Ale 25,032 z čoho? Sila sa meria v jednotkách, ktoré sa nazývajú Newton. Do lopty ste zasiahli silou 25,032 Newtonov. Pekné podanie.
Tretí zákon
Podáte loptičku, súperka vráti podanie a vy idete vrátiť jej volej. Nohu si založíte na zem a odtlačíte. Tlačíte jedným smerom - pod uhlom do zeme - a vaše telo ide v opačnom smere, pod uhlom od zeme. Sila, s ktorou ste tlačili do zeme, je sila, s ktorou ste poháňaní vpred. To je akcia a reakcia. Ste tretím Newtonovým pohybovým zákonom v pohybe.