Når du ser på tennis eller annen sport, ser du en demonstrasjon av fysikk, bare med mer jubel enn det typiske fysikkeksperimentet. Sentralt i handlingen er de tre lovene om bevegelse som ble beskrevet i 1687 av Sir Isaac Newton, Grand Slam-mesteren i førindustriell vitenskap. På mange måter er en tenniskamp en test av hvilken spiller som manipulerer Newtons lover til størst effekt.
Lovene
Newtons første lov om bevegelse kalles vanligvis trusseloven: Et objekt i en tilstand av ensartet bevegelse vil forbli i den bevegelsen, med mindre den møter en ekstern styrke, og et objekt i ro vil forbli i ro, med mindre det opptrer av en ekstern makt. Newtons andre lov definerer forholdet mellom en objekts masse, kraften som påføres den og akselerasjonen som resulterer: Kraften er lik massetid akselerasjon, eller F = ma. Newtons tredje lov om bevegelse kan være den som de fleste er mest kjent med, bare fordi de ser det sitert så ofte: For hver handling er det en lik og motsatt reaksjon.
Den første loven
I tennis er den mest åpenbare forekomsten av Newtons første lov banen for ballen. Når du smugler ballen med racketen din, går den av i en bestemt retning. Hvis du spilte spillet i vakuum av intergalaktisk rom, lysår fra en tyngdekraftproduksjon, ville ballen fortsette i den retning mer eller mindre på ubestemt tid, fordi ingen eksterne krefter ville opptre på den. På jorden er det imidlertid to store krefter på jobb: Luftmotstanden senker ballens hastighet og tyngdekraften trekker ballen mot bakken.
Den andre loven
Når du thwacked den tennisballen med racketen din - i rommet eller på jorden - utøvde du en kraft på den. Hvor mye kraft? Det er der Newtons andre lov kommer inn: Kraften er lik masse ganger akselerasjon. I denne ligningen måles masse i kilo og akselerasjon i en enhet kalt "meter per sekund per sekund." Accelerasjon er ikke det samme som hastighet; Det er snarere den hastigheten som noe er påskynde. Hvis en gjenstand beveger seg ved 1 m per sekund, eller "m / s", og den øker så en sekund senere beveger den seg ved 2 m / s, så spedte den opp 1 m / s i det ene sekund - 1 m per sekund per sekund.
Nå tilbake til den tennisballen du rammer: En tennisball har en masse på ca 56 g, eller 0,056 kg. Og la oss si at du legger nok zing på ballen som en tiendedel av et sekund etter at du har slått den, når den 100 mph, eller 44,7 m per sekund. Det er en akselerasjonshastighet på 447 m per sekund per sekund, eller m / s / s. Multipliserer 0,056 kg ganger 447 m / s / s og du får 25.032. Men 25.032 av hva? Force er målt i enheter som kalles, passende nok, Newtons. Du treffer ballen med 25.032 Newtons av kraft. Hyggelig servering.
Den tredje loven
Du tjener ballen, motstanderen din returnerer serveringen og du går for å returnere sin volley. Du plantet foten din på bakken og trykk av. Du skyver i en retning - i en vinkel i bakken - og kroppen din går i motsatt retning, i en vinkel vekk fra bakken. Kraften som du presset i bakken, er den kraften du drev fremover med. Det er handling og reaksjon. Du er Newtons tredje lov om bevegelse, i bevegelse.
