Wenn Sie Tennis oder eine andere Sportart beobachten, beobachten Sie eine Demonstration der Physik, nur mit mehr Jubel als das typische Physikexperiment. Im Mittelpunkt der Handlung stehen die drei Bewegungsgesetze, die Sir Isaac Newton, der Grand-Slam-Champion der vorindustriellen Wissenschaft, 1687 beschrieb. In vielerlei Hinsicht ist ein Tennismatch ein Test, bei dem der Spieler Newtons Gesetze am besten manipuliert.
Die Gesetze
Newtons erstes Bewegungsgesetz wird gewöhnlich das Gesetz der Trägheit genannt: Ein Objekt in einem Zustand einheitlicher Bewegung wird in dieser Bewegung verbleiben, wenn es nicht auf eine äußere Kraft trifft, und ein ruhendes Objekt wird in Ruhe bleiben, wenn es nicht von außen beeinflusst wird Macht. Newtons zweites Gesetz definiert die Beziehung zwischen der Masse eines Objekts, der auf es angewandten Kraft und der daraus resultierenden Beschleunigung: Kraft ist Masse mal Beschleunigung, oder F = ma. Newtons drittes Bewegungsgesetz könnte dasjenige sein, mit dem die meisten Menschen vertraut sind, schon allein deshalb, weil sie es so oft zitieren sehen: Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.
Das erste Gesetz
Im Tennis ist der offensichtlichste Fall von Newtons erstem Gesetz der Weg des Balles. Wenn Sie den Ball mit Ihrem Schläger schlagen, geht es in eine bestimmte Richtung. Wenn Sie das Spiel im Vakuum des intergalaktischen Raums, Lichtjahre von einem Körper, der Schwerkraft erzeugt, spielen, würde der Ball mehr oder weniger unbegrenzt in diese Richtung weitergehen, weil keine äußeren Kräfte darauf einwirken würden. Auf der Erde sind jedoch zwei Hauptkräfte am Werk: Der Luftwiderstand verlangsamt die Geschwindigkeit des Balles und die Schwerkraft zieht den Ball in Richtung Boden.
Das zweite Gesetz
Wenn Sie diesen Tennisball mit Ihrem Schläger - im Weltall oder auf der Erde - geschlagen haben, haben Sie eine Kraft darauf ausgeübt. Wie viel Kraft? Hier kommt Newtons zweites Gesetz ins Spiel: Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung. In dieser Gleichung wird Masse in Kilogramm und Beschleunigung in einer Einheit gemessen, die "Meter pro Sekunde pro Sekunde" genannt wird. Beschleunigung ist nicht dasselbe wie Geschwindigkeit; es ist eher die Geschwindigkeit, mit der sich etwas beschleunigt. Bewegt sich ein Objekt mit 1 m pro Sekunde oder "m / s" und beschleunigt es, so dass es sich eine Sekunde später mit 2 m / s bewegt, beschleunigt es in dieser Sekunde 1 m / s m pro Sekunde pro Sekunde.
Nun zurück zu dem Tennisball, den Sie schlagen: Ein Tennisball hat eine Masse von etwa 56 g oder 0,056 kg. Nehmen wir an, dass Sie genug Zing auf den Ball legen, dass eine Zehntelsekunde, nachdem Sie ihn getroffen haben, 100 mph oder 44,7 m pro Sekunde erreicht. Das ist eine Beschleunigungsrate von 447 m pro Sekunde pro Sekunde oder m / s / s. Multiplizieren Sie 0,056 kg mal 447 m / s / s und Sie erhalten 25,032. Aber 25.032 von was? Die Kraft wird in Einheiten gemessen, die entsprechend Newton genannt werden. Du schlägst den Ball mit 25.032 Newton Kraft. Netter Aufschlag.
Das dritte Gesetz
Sie servieren den Ball, Ihr Gegner gibt den Aufschlag zurück und Sie gehen zurück, um ihren Volley zurückzugeben. Du pflanzst deinen Fuß auf den Boden und stößt ab. Sie drücken in eine Richtung - in einem Winkel in den Boden - und Ihr Körper geht in die entgegengesetzte Richtung, in einem Winkel vom Boden entfernt. Die Kraft, mit der du in den Boden gedrückt hast, ist die Kraft, mit der du vorwärts getrieben wirst. Das ist Aktion und Reaktion. Du bist Newtons drittes Bewegungsgesetz, in Bewegung.
