Innhold
Når du ser på tennis eller annen sport, ser du på en demonstrasjon av fysikk, bare med mer jubel enn det typiske fysikkeksperimentet. Sentralt i handlingen er de tre bevegelseslovene beskrevet i 1687 av Sir Isaac Newton, Grand Slam-mester for preindustriell vitenskap. På mange måter er en tenniskamp en test av hvilken spiller som manipulerer Newtons lover med størst effekt.
Lovene
Newtons første bevegelseslov kalles ofte treghetsloven: Et objekt i en enhet med ensartet bevegelse vil forbli i den bevegelsen med mindre det støter på en ekstern kraft, og et objekt i ro vil forbli i ro med mindre det blir utøvd av en ekstern makt. Newtons andre lov definerer forholdet mellom en gjenstandsmasse, kraften som er påført den og akselerasjonen som resulterer: Kraft er lik masse ganger akselerasjon, eller F = ma. Newtons tredje lov om bevegelse kan være den som folk flest er mest kjent med, om bare fordi de ser den sitert så ofte: For hver handling er det en like og motsatt reaksjon.
Den første loven
I tennis er den mest åpenbare forekomsten av Newtons første lov ballen til banen. Når du slår ballen med racketen, går den av i en bestemt retning. Hvis du spilte spillet i vakuumet mellom intergalaktisk rom, lysår fra ethvert tyngdekraftproduserende legeme, ville ballen fortsette i den retningen mer eller mindre på ubestemt tid, fordi ingen ytre krefter ville virke på den. På jorden er det imidlertid to store krefter som er i arbeid: Luftmotstand bremser hastigheten på ballen og tyngdekraften trekker ballen mot bakken.
Den andre loven
Da du slo den tennisballen med racketen din - i verdensrommet eller på jorden - utøvde du en styrke på den. Hvor mye kraft? Det er der Newtons andre lov kommer inn: Kraft tilsvarer massetidens akselerasjon. I denne ligningen måles masse i kilogram og akselerasjon i en enhet som kalles "meter per sekund per sekund." Akselerasjon er ikke det samme som hastighet; snarere hastigheten på noe. Hvis et objekt beveger seg med 1 m per sekund, eller "m / s," og det går opp slik at ett sekund senere beveger seg med 2 m / s, så øker det opp 1 m / s i det ene sekundet - 1 m per sekund per sekund.
Nå tilbake til den tennisballen du treffer: En tennisball har en masse på omtrent 56 g, eller 0,056 kg. Og la oss si at du legger nok zing på ballen at en tiendedels sekund etter at du har truffet den når 100 km / h, eller 44,7 m per sekund. Det er en akselerasjonshastighet på 447 m per sekund per sekund, eller m / s / s. Multipliser 0,056 kg ganger 447 m / s / s og du får 25,032. Men 25.032 av hva? Kraft måles i enheter kalt, passende nok, Newtons. Du slo ballen med 25.032 Newton kraft. Fin servering.
Den tredje loven
Du serverer ballen, motstanderen returnerer serveringen og du går tilbake volleyen hennes. Du planter foten din på bakken og skyver av. Du skyver i en retning - i en vinkel i bakken - og kroppen din går i motsatt retning, i en vinkel fra bakken. Kraften som du dyttet ned i bakken er styrken som du drev fremover med. Det er handling og reaksjon. Youre Newtons tredje lov om bevegelse, i bevegelse.