Come interagiscono le leggi del movimento di Newton con il tennis?

Contenuto

• Le leggi
• La prima legge
• La seconda legge
• La terza legge

Quando guardi il tennis o qualsiasi altro sport, stai guardando una dimostrazione di fisica, solo con più incoraggiamento rispetto al tipico esperimento di fisica. Al centro dell'azione sono le tre leggi del movimento descritte nel 1687 da Sir Isaac Newton, il campione della scienza pre-industriale del Grande Slam. In molti modi, una partita di tennis è una prova del giocatore che manipola le leggi di Newton con il massimo effetto.

Le leggi

La prima legge del moto di Newton è comunemente chiamata la legge dell'inerzia: un oggetto in uno stato di moto uniforme rimarrà in quel movimento a meno che non incontri una forza esterna, e un oggetto a riposo rimarrà a riposo a meno che non venga agito da un esterno vigore. La seconda legge di Newton definisce la relazione tra una massa di oggetti, la forza applicata ad essa e l'accelerazione che ne risulta: la forza è uguale all'accelerazione di massa per massa, o F = ma. La terza legge del moto di Newton potrebbe essere quella con cui la maggior parte delle persone ha più familiarità, anche solo perché la vedono citata così spesso: per ogni azione c'è una reazione uguale e contraria.

La prima legge

Nel tennis, l'istanza più evidente della prima legge di Newton è il percorso della palla. Quando colpisci la palla con la tua racchetta, la palla si dirige in una certa direzione. Se stessi giocando nel vuoto dello spazio intergalattico, anni luce da qualsiasi corpo che produce gravità, la palla continuerebbe in quella direzione più o meno indefinitamente, perché nessuna forza esterna agirà su di essa. Sulla Terra, tuttavia, sono in atto due forze principali: la resistenza dell'aria rallenta la velocità della palla e la gravità tira la palla verso terra.

La seconda legge

Quando hai colpito quella palla da tennis con la tua racchetta - nello spazio o sulla Terra - hai esercitato una forza su di essa. Quanta forza? Ecco dove entra in gioco la seconda legge di Newton: la forza è uguale all'accelerazione di massa. In questa equazione, la massa viene misurata in chilogrammi e l'accelerazione in un'unità chiamata "metri al secondo al secondo". L'accelerazione non è la stessa cosa della velocità; piuttosto, è la velocità con cui qualcosa accelera. Se un oggetto si muove a 1 m al secondo, o "m / s", e accelera in modo tale che un secondo dopo si muova a 2 m / s, allora accelera 1 m / s in quel secondo - 1 m al secondo al secondo.

Ora tornando a quella palla da tennis che colpisci: una palla da tennis ha una massa di circa 56 g, o 0,056 kg. E diciamo che hai messo abbastanza zing sulla palla per un decimo di secondo dopo averlo colpito, raggiunge 100 mph o 44,7 m al secondo. Questa è una velocità di accelerazione di 447 m al secondo al secondo, o m / s / s. Moltiplica 0,056 kg per 447 m / s / se ottieni 25,032. Ma 25.032 di cosa? La forza viene misurata in unità chiamate, abbastanza appropriatamente, Newton. Colpisci la palla con 25,032 Newton di forza. Bel servizio.

La terza legge

Servi la palla, il tuo avversario restituisce il servizio e vai a restituire il suo tiro al volo. Poni il piede a terra e spingi via. Spingi in una direzione - ad un angolo rispetto al suolo - e il tuo corpo va nella direzione opposta, ad un angolo lontano dal suolo. La forza con cui hai spinto nel terreno è la forza con cui sei spinto in avanti. Questa è azione e reazione. Sei la terza legge del moto di Newton, in movimento.