Як закони руху Ньютона взаємодіють із тенісом?

Коли ви дивитесь теніс або будь-який інший вид спорту, ви дивитесь демонстрацію фізики, лише з більшою підтримкою, ніж звичайний фізичний експеримент. Центральним у дії є три закони руху, описані в 1687 році сером Ісааком Ньютоном, чемпіоном Великого шолома доіндустріальної науки. Багато в чому тенісний матч - це перевірка того, який гравець найбільше впливає на закони Ньютона.

Перший закон руху Ньютона зазвичай називають законом інерції: Об'єкт у стані рівномірного руху залишатиметься в такому рух, якщо він не зіткнеться із зовнішньою силою, а предмет, що перебуває в стані спокою, залишиться в стані спокою, якщо на нього не вплине зовнішня сили. Другий закон Ньютона визначає взаємозв'язок між масою об'єкта, прикладеною до нього силою та прискоренням, яке виникає: Сила дорівнює масі, примноженій на прискорення, або F = ma. Третім законом руху Ньютона може бути той, який найбільш добре знайомий людям, хоча б тому, що вони бачать його так часто: на кожну дію існує рівна і протилежна реакція.

У тенісі найбільш очевидним прикладом першого закону Ньютона є шлях м'яча. Коли ви б'єте м'ячем ракеткою, він рухається в певному напрямку. Якщо ви грали в гру у вакуумі міжгалактичного простору, світлових років від будь-якого тіла, що виробляє гравітацію, куля буде продовжувати в цьому напрямку більш-менш нескінченно довго, оскільки ніякі зовнішні сили не діятимуть на неї це. Однак на Землі діють дві головні сили: опір повітря уповільнює швидкість кульки, а сила тяжіння тягне м'яч до землі.

Коли ви стукали цим тенісним м’ячем ракеткою - у космосі чи на Землі - ви застосовували на нього силу. Скільки сили? Ось тут з’являється другий закон Ньютона: сила дорівнює масі, примноженій на прискорення. У цьому рівнянні маса вимірюється в кілограмах, а прискорення в одиниці, що називається "метри в секунду в секунду". Прискорення - це не те саме, що швидкість; швидше, це швидкість, з якою щось пришвидшується. Якщо об'єкт рухається зі швидкістю 1 м в секунду, або "м / с", і він прискорюється так, що через одну секунду рухається зі швидкістю 2 м / с, то за цю секунду він пришвидшив 1 м / с м в секунду в секунду.

Повернемось до того тенісного м’яча, яким ви потрапили: маса тенісного м’яча становить близько 56 г, або 0,056 кг. І припустимо, що ви кладете на м’яч достатньо дзвінків за одну десяту секунди після того, як ви його вдаряєте, він досягає 100 миль на годину, або 44,7 м за секунду. Це швидкість прискорення 447 м в секунду в секунду, або м / с / с. Помножте 0,056 кг на 447 м / с / с і отримаєте 25,032. Але 25.032 чого? Сила вимірюється в одиницях, що називаються, відповідно, Ньютонами. Ви потрапили в м'яч із силою 25,032 ньютона. Приємна подача.

Ви подаєте м'яч, ваш суперник повертає подачу, а ви їдете, щоб повернути їй волейбол. Ви садите ногу на землю і відштовхуєтесь. Ви штовхаєте в одному напрямку - під кутом у землю - і ваше тіло рухається в протилежному напрямку, під кутом, віддаленим від землі. Сила, з якою ти штовхнув землю, - це сила, з якою ти рухаєшся вперед. Це дія і реакція. Ви третій закон руху Ньютона в русі.