Когда вы смотрите теннис или какой-либо другой вид спорта, вы смотрите на демонстрацию физики, просто с большим восхищением, чем обычный физический эксперимент. Центральными в действии являются три закона движения, описанные в 1687 году сэром Исааком Ньютоном, чемпионом Большого шлема доиндустриальной науки. Во многих отношениях теннисный матч является испытанием того, какой игрок манипулирует законами Ньютона с наибольшим эффектом.
Законы
Первый закон движения Ньютона обычно называется законом инерции: объект в состоянии равномерного движения останется в этом движении, если он не столкнется с внешней силой, а находящийся в покое объект останется в покое, если на него не воздействует внешняя сила. Второй закон Ньютона определяет взаимосвязь между массой объекта, силой, приложенной к ней, и ускорением, которое возникает: Сила равна ускорению массы или F = ma. Третий закон движения Ньютона может быть тем, с которым большинство людей больше всего знакомо, хотя бы потому, что они видят это так часто: для каждого действия существует равная и противоположная реакция.
Первый закон
В теннисе наиболее очевидным примером первого закона Ньютона является путь к шару. Когда вы ударяете мяч своей ракеткой, он уходит в определенном направлении. Если вы играли в игру в вакууме межгалактического пространства, светлых лет от любого тела, производящего гравитацию, мяч продолжал бы в этом направлении более или менее неопределенно, потому что на него не действовали бы внешние силы. На Земле, однако, действуют две основные силы: сопротивление воздуха замедляет скорость шара, а сила тяжести тянет мяч к земле.
Второй закон
Когда вы разбили этот теннисный мяч своей ракеткой - в космосе или на Земле - вы нанесли на нее силу. Сколько силы? Вот где второй закон Ньютона: Сила равна ускорению массы раз. В этом уравнении масса измеряется в килограммах и ускорение в единице, называемой «метры в секунду в секунду». Ускорение - это не то же самое, что скорость; скорее, это скорость, с которой что-то ускоряется. Если объект движется со скоростью 1 м в секунду или «м / с», и он ускоряется, так что через одну секунду он движется со скоростью 2 м / с, затем он ускоряется на 1 м / с за одну секунду - 1 м в секунду в секунду.
Теперь вернемся к тому теннису, в который вы попали: теннисный мяч имеет массу около 56 г, или 0,056 кг. И предположим, что вы набрали достаточное количество очков на шаре, что на одну десятую секунды после того, как вы нанесли удар, он достиг 100 миль в час, или 44,7 м в секунду. Это скорость ускорения 447 м в секунду в секунду, или м / с / с. Умножьте 0,056 кг раз 447 м / с / с и получите 25.032. Но 25.032 чего? Сила измеряется в единицах, названных, соответственно достаточно, Ньютонах. Вы попали в мяч с 25.032 Newtons силы. Хорошая подача.
Третий закон
Вы обслуживаете мяч, ваш оппонент возвращает подачу, и вы идете, чтобы вернуть свой залп. Вы сажаете ногу на землю и отжимаете. Вы двигаетесь в одном направлении - под углом в землю - и ваше тело движется в противоположном направлении, под углом от земли. Сила, с которой вы толкнули в землю, - это сила, с которой вы продвигаетесь вперед. Это действие и реакция. Ты - третий закон движения Ньютона, в движении.
