Als je naar tennis kijkt, of naar een andere sport, kijk je naar een demonstratie van de natuurkunde, alleen met meer gejuich dan het typische fysica-experiment. Centraal in de actie staan de drie bewegingswetten die Sir Isaac Newton in 1687 omschreef, de Grand Slam-kampioen van de pre-industriële wetenschap. In veel opzichten is een tenniswedstrijd een test van welke speler de wetten van Newton het meest effectief manipuleert.
De wetten
De eerste bewegingswet van Newton wordt gewoonlijk de wet van traagheid genoemd: een object in een staat van uniforme beweging zal in die beweging blijven tenzij het een externe kracht ontmoet, en een object in rust zal in rust blijven tenzij het door een externe kracht wordt bewerkt dwingen. De tweede wet van Newton definieert de relatie tussen de massa van een voorwerp, de kracht die erop wordt uitgeoefend en de versnelling die het gevolg is: Kracht is gelijk aan massatijdversnelling, of F = ma. De derde bewegingswet van Newton kan degene zijn waar de meeste mensen het meest vertrouwd mee zijn, al was het maar omdat ze het zo vaak citeren: voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie.
De eerste wet
Bij tennis is het meest voor de hand liggende voorbeeld van de eerste wet van Newton het pad van de bal. Als je met je racket op de bal slaat, gaat hij in een bepaalde richting weg. Als je het spel zou spelen in het vacuüm van de intergalactische ruimte, lichtjaren van elk zwaartekracht producerend lichaam, zou de bal min of meer voor onbepaalde tijd in die richting blijven, omdat er geen externe krachten op zouden werken. Op Aarde zijn echter twee grote krachten aan het werk: de luchtweerstand vertraagt de snelheid van de bal en de zwaartekracht trekt de bal naar de grond.
De tweede wet
Toen je die tennisbal met je racket te lijf ging - in de ruimte of op aarde - oefende je er een kracht op uit. Hoeveel kracht? Dat is waar Newton's tweede wet in komt: Kracht staat gelijk aan massatijden versnelling. In deze vergelijking wordt de massa gemeten in kilogram en versnelling in een eenheid die "meter per seconde per seconde" wordt genoemd. Versnelling is niet hetzelfde als snelheid; het is eerder de snelheid waarmee iets versnelt. Als een object beweegt met 1 m per seconde, of "m / s", en het versnelt zodat een seconde later het beweegt met 2 m / s, dan is het 1 m / s versneld in die ene seconde - 1 m per seconde per seconde.
Nu terug naar die tennisbal die je raakt: een tennisbal heeft een massa van ongeveer 56 g, oftewel 0,056 kg. En laten we zeggen dat je genoeg pit geeft aan de bal die een tiende van een seconde nadat je erop hebt geslagen, bereikt hij 100 mph, of 44,7 m per seconde. Dat is een versnelling van 447 m per seconde per seconde, of m / s / s. Vermenigvuldig 0,056 kg keer 447 m / s / s en je krijgt 25.032. Maar 25.032 van wat? Kracht wordt gemeten in eenheden die, passend genoeg, Newton worden genoemd. Je sloeg de bal met 25.032 Newton kracht. Leuke bediening.
De derde wet
Je dient de bal, je tegenstander geeft de serve terug en je gaat haar volley teruggeven. Je plant je voet op de grond en duwt hem af. Je duwt in een richting - onder een hoek in de grond - en je lichaam gaat in de tegenovergestelde richting, in een hoek van de grond af. De kracht waarmee je de grond in duwt, is de kracht waarmee je naar voren wordt gedreven. Dat is actie en reactie. Jij bent de derde bewegingswet van Newton in beweging.
