Když se díváte na tenis nebo jakýkoli jiný sport, sledujete demonstraci fyziky, jen s více fandem než typický experiment s fyzikou. Centrálně k akci jsou tři zákony pohybu popsané v roce 1687 Sir Isaacem Newtonem, šampionem Grand Slama předindustriální vědy. V mnoha ohledech je tenisový zápas test, který hráč manipuluje s Newtonovými zákony s největším efektem.
Zákony
První zákon Newtonova pohybu je obyčejně nazýván zákonem setrvačnosti: Objekt ve stavu rovnoměrného pohybu zůstane v tomto pohybu, pokud nenajde vnější sílu a předmět v klidu zůstane v klidu, pokud nebude působit na vnější platnost. Druhý zákon Newtonu definuje vztah mezi hmotností objektu, silou, která se na něj aplikuje, a zrychlením, které je výsledkem: síla se rovná hmotnostnímu zrychlení nebo F = ma. Newtonův třetí zákon o pohybu by mohl být ten, s nímž většina lidí nejvíce pozná, třebaže jen proto, že to považují za tak často citované: Pro každou akci existuje stejná a opačná reakce.
První zákon
V tenisu je nejjasnějším příkladem Newtonova prvního zákona cesta míče. Když rozdrtíte míč s raketou, vyrazí se určitým směrem. Kdybyste hráli hru ve vakuu mezigalaktického prostoru, světelných let od jakéhokoli tělesa produkujícího gravitaci, bude míč pokračovat tímto směrem více či méně neomezeně, protože na ni by nevedly žádné vnější síly. Na Zemi však pracují dvě hlavní síly: Vzduchový odpor zpomaluje rychlost míče a gravitace táhne míč směrem k zemi.
Druhý zákon
Když jste ten tenisový míček s raketou - ve vesmíru nebo na Zemi - udeřili na ni. Kolik síly? Tam přijde druhý zákon Newtona: síla se rovná masovému zrychlení. V této rovnici je hmotnost měřena v kilogramech a zrychlení v jednotce nazvané "metry za sekundu za sekundu". Zrychlení není totéž jako rychlost; spíše je to rychlost, při které se něco zrychluje. Pokud se objekt pohybuje rychlostí 1 m za sekundu nebo "m / s" a zrychluje tak, že o jednu vteřinu později se pohybuje rychlostí 2 m / s, zrychlil 1 m / s v jedné sekundě - 1 m za sekundu za sekundu.
Teď se vráťte k té tenisové kouli: tenisová koule má hmotnost asi 56 g nebo 0,056 kg. A řekněme, že jste dostali dostatek zing na míč, který za desetinu vteřiny poté, co jste ji zasáhli, dosáhl rychlosti 100 mph nebo 44,7 m za sekundu. To je rychlost zrychlení 447 m za sekundu za sekundu nebo m / s / s. Vynásobte 0,056 kg krát 447 m / s / s a dostanete 25,032. Ale co 2532? Síla se měří v jednotkách nazývaných dostatečně vhodnými Newtony. Dostali jste míč s 25.032 Newtony síly. Pěkné sloužení.
Třetí zákon
Posloužíte míč, váš soupeř vrátí službu a vyjedete k návratu na volejbal. Natáčíte nohu na zem a zatlačte. Pohybujeme jedním směrem - pod úhlem do země - a vaše tělo jde v opačném směru, pod úhlem od země. Síla, se kterou jste tlačili do země, je síla, s níž jste poháněli dopředu. To je akce a reakce. Jste Newtonův třetí zákon pohybu, v pohybu.
