Indhold
Når du ser tennis eller anden sport, ser du en demonstration af fysik, bare med mere jubel end det typiske fysikeksperiment. Centralt i handlingen er de tre bevægelseslove beskrevet i 1687 af Sir Isaac Newton, Grand Slam-mester for præindustriel videnskab. På mange måder er en tenniskamp en test af, hvilken spiller manipulerer Newtons love med størst virkning.
Lovene
Newtons første bevægelseslov kaldes almindeligvis treghedsloven: Et objekt i en ensartet bevægelsestilstand forbliver i denne bevægelse, medmindre det støder på en ekstern kraft, og et objekt i hvile vil forblive i hvile, medmindre det udføres af en ekstern kraft. Newtons anden lov definerer forholdet mellem en objektsmasse, den kraft, der påføres den, og den resulterende acceleration: Kraft er lig med masse gange acceleration, eller F = ma. Newtons tredje bevægelseslov kan være den, som de fleste mennesker er mest fortrolige med, hvis de bare ser, at den citeres så ofte: For hver handling er der en lige og modsat reaktion.
Den første lov
I tennis er det mest åbenlyse tilfælde af Newtons første lov bolden af banen. Når du smækker bolden med din ketsjer, går den af i en bestemt retning. Hvis du spillede spillet i vakuumet mellem intergalaktisk rum, lysår fra ethvert tyngdekraftproducerende legeme, ville bolden fortsætte i den retning mere eller mindre på ubestemt tid, fordi ingen eksterne kræfter ville handle på den. På Jorden er der imidlertid to store kræfter på arbejde: Luftmodstand sænker kuglens hastighed og tyngdekraften trækker kuglen mod jorden.
Den anden lov
Da du dunket den tennisbold med din ketcher - i rummet eller på jorden - udøvede du en styrke på den. Hvor meget kraft? Det er, hvor Newtons anden lov kommer ind: Kraft er lig med massetidens acceleration. I denne ligning måles masse i kilogram og acceleration i en enhed kaldet "meter per sekund pr. Sekund." Acceleration er ikke det samme som hastighed; snarere er det den hastighed, hvormed noget fremskynder. Hvis et objekt bevæger sig med 1 m pr. Sekund, eller "m / s", og det fremskyndes, så et sekund senere bevæger sig på 2 m / s, ryster det op 1 m / s i det ene sekund - 1 m pr. sekund.
Nu tilbage til den tennisbold, du rammer: En tennisbold har en masse på cirka 56 g, eller 0,056 kg. Og lad os sige, at du lægger nok zing på bolden, at en tiendedel af et sekund, efter at du har ramt den, når 100 km / h eller 44,7 m i sekundet. Det er en accelerationshastighed på 447 m pr. Sekund pr. Sekund eller m / s / s. Multipliser 0,056 kg gange 447 m / s / s, og du får 25,032. Men 25.032 af hvad? Kraft måles i enheder kaldet passende nok Newton. Du rammer bolden med 25.032 Newton kraft. Dejlig servering.
Den tredje lov
Du serverer bolden, din modstander returnerer serviet, og du går for at returnere hendes volley. Du planter din fod på jorden og skubber af. Du skubber i en retning - i en vinkel ned i jorden - og din krop går i den modsatte retning, i en vinkel væk fra jorden. Kraften, som du skubbede ned i jorden, er den styrke, som du fremdrev med. Det er handling og reaktion. Youre Newtons tredje lov om bevægelse, i bevægelse.