Зміст
Коли ви дивитесь теніс чи будь-який інший вид спорту, ви дивитеся демонстрацію фізики, просто з більшою радістю, ніж типовий фізичний експеримент. Основними у дії є три закони руху, описані в 1687 р. Сером Ісааком Ньютоном, великим шлемом доіндустріальної науки. Багато в чому тенісний матч - це тест, який гравець маніпулює законами Ньютона для найбільшого ефекту.
Закони
Перший закон руху Ньютона зазвичай називають законом інерції: Об'єкт у стані рівномірного руху залишатиметься в цьому русі, якщо не зіткнеться із зовнішньою силою, а об’єкт у спокої залишиться у спокої, якщо на нього не діятиме зовнішня сила. Другий закон Ньютона визначає співвідношення між масою об'єктів, силою, що застосовується до нього, і прискоренням, яке приводить: Сила дорівнює масі, прискореній прискоренні, або F = ma. Третій закон руху Ньютона може бути тим, з яким більшість людей знайомі, хоча б тому, що вони так часто бачать його: На кожну дію існує рівноправна і протилежна реакція.
Перший закон
У тенісі найбільш очевидним випадком першого закону Ньютона є шлях м'яча. Коли ви б'єте м'ячем своєю ракеткою, він відхиляється в певному напрямку. Якби ви грали в гру у вакуумі міжгалактичного простору, світлових років від будь-якого тіла, що виробляє гравітацію, м'яч би продовжувався в цьому напрямку більш-менш невизначено, оскільки жодні зовнішні сили не діяли б на нього. На Землі, однак, працюють дві основні сили: Опір повітря сповільнює швидкість кулі, а сила тяжіння тягне кулю до землі.
Другий закон
Коли ви розхитали тенісний м'яч своєю ракеткою - у космосі чи на Землі, - ви наклали на це силу. Скільки сили? Ось, де входить другий закон Ньютона: Сила дорівнює масовим разів прискорення. У цьому рівнянні маса вимірюється в кілограмах, а прискорення в одиниці, що називається "метрів в секунду". Прискорення - це не те саме, що швидкість; швидше, швидкість, з якою щось прискорюється. Якщо об’єкт рухається зі швидкістю 1 м в секунду, або «м / с», і він прискорюється так, що на секунду пізніше його рух рухається зі швидкістю 2 м / с, то в цю секунду він збільшує швидкість на 1 м / с - 1 м на секунду
Тепер поверніться до того тенісного м'яча, який ви потрапили: маса тенісного м’яча становить близько 56 г, або 0,056 кг. І дозвольмо сказати, що ви наділили на кулю достатньо зингу, що одна десята частина секунди після того, як ви вдарите його, він досягає 100 миль / год, або 44,7 м в секунду. Ця швидкість прискорення 447 м в секунду, або м / с / с. Помножте 0,056 кг разів 447 м / с / с і ви отримаєте 25,032. Але 25.032 що? Сила вимірюється в одиницях, званих, належним чином, ньютонами. Ви влучили в м'яч з 25.032 ньютонів сили. Приємна подача.
Третій закон
Ви подаєте м'яч, ваш опонент повертає подачу, а ви йдете повернути їй залп. Ви садите ногу на землю і відштовхуєтесь. Ви натискаєте в одному напрямку - під кутом в землю - і ваше тіло йде в протилежному напрямку, під кутом, віддаленим від землі. Сила, з якою ти штовхнувся в землю, - це сила, якою ти рухаєшся вперед. Це дія та реакція. Ти третій закон руху ньютонів, в русі.