Zawartość
Podczas oglądania tenisa lub innego sportu oglądasz pokaz fizyki, tylko z większym dopingiem niż typowy eksperyment fizyczny. Centralne miejsce w akcji stanowią trzy prawa ruchu opisane w 1687 r. Przez Sir Isaaca Newtona, mistrza Wielkiego Szlema przedindustrialnej nauki. Pod wieloma względami mecz w tenisa jest testem, który gracz najlepiej manipuluje prawami Newtona.
Prawa
Pierwsze prawo ruchu Newtona jest powszechnie nazywane prawem bezwładności: Obiekt w stanie ruchu jednostajnego pozostanie w tym ruchu, chyba że napotka na niego siłę zewnętrzną, a obiekt w spoczynku pozostanie w spoczynku, chyba że zostanie na nie działał zewnętrzny siła. Drugie prawo Newtona definiuje związek między masą obiektu, działającą na niego siłą i wynikającym z niego przyspieszeniem: siła jest równa masie razy przyspieszenie lub F = ma. Trzecia zasada ruchu Newtona może być tą, z którą większość ludzi jest najbardziej zaznajomiona, choćby dlatego, że tak często ją cytuje: Dla każdej akcji występuje równa i przeciwna reakcja.
Pierwsze prawo
W tenisie najbardziej oczywistym przykładem pierwszego prawa Newtona jest ścieżka piłki. Gdy uderzysz piłkę rakietą, skieruje się ona w określonym kierunku. Gdybyś grał w próżni międzygalaktycznej przestrzeni, lat świetlnych od ciała wytwarzającego grawitację, kula kontynuowałaby w tym kierunku mniej więcej w nieskończoność, ponieważ żadne siły zewnętrzne nie działałyby na nią. Na Ziemi działają jednak dwie główne siły: Opór powietrza spowalnia prędkość kuli, a grawitacja ciągnie ją w kierunku ziemi.
Drugie prawo
Kiedy uderzyłeś tą piłką tenisową rakietą - w kosmosie lub na Ziemi - wywierałeś na nią siłę. Ile siły? Właśnie tam wchodzi drugie prawo Newtona: siła jest równa masie razy przyspieszenie. W tym równaniu masę mierzy się w kilogramach, a przyspieszenie w jednostce zwanej „metrami na sekundę na sekundę”. Przyspieszenie nie jest tym samym, co prędkość; raczej szybkość, z jaką coś przyspiesza. Jeśli obiekt porusza się z prędkością 1 m na sekundę lub „m / s” i przyśpiesza tak, że sekunda później porusza się z prędkością 2 m / s, wówczas przyspiesza o 1 m / s w tej jednej sekundzie - 1 m na sekundę na sekundę.
Wracając do tej piłki tenisowej, którą trafiłeś: piłka tenisowa ma masę około 56 g lub 0,056 kg. I powiedzmy, że położyłeś na piłce wystarczającą ilość zinga, że jedna dziesiąta sekundy po jej uderzeniu osiąga prędkość 100 mil na godzinę lub 44,7 m na sekundę. To tempo przyspieszenia 447 m na sekundę na sekundę lub m / s / s. Pomnóż 0,056 kg razy 447 m / s / s, a otrzymasz 25,032. Ale 25,032 czego? Siła jest mierzona w jednostkach zwanych odpowiednio Newtonami. Trafiłeś piłkę siłą 25,032 Newtonów. Niezłe podanie.
Trzecie prawo
Podajesz piłkę, przeciwnik oddaje podanie i idziesz, by zwrócić jej salwę. Sadzasz stopę na ziemi i odpychasz się. Pchasz w jednym kierunku - pod kątem do ziemi - a twoje ciało idzie w przeciwnym kierunku, pod kątem od ziemi. Siła, z jaką zepchnąłeś na ziemię, jest siłą, z którą jesteś napędzany do przodu. To jest akcja i reakcja. Jesteś trzecią zasadą ruchu w ruchu.