Όταν παρακολουθείτε τένις ή οποιοδήποτε άλλο άθλημα, παρακολουθείτε μια επίδειξη της φυσικής, απλώς με περισσότερη φωνή από το τυπικό πείραμα φυσικής. Κεντρικά στη δράση είναι οι τρεις νόμοι κίνησης που περιγράφονται το 1687 από τον Sir Isaac Newton, τον πρωταθλητή του Grand Slam της προ-βιομηχανικής επιστήμης. Με πολλούς τρόπους, ένας αγώνας τένις είναι μια δοκιμασία για το ποιος παίκτης χειρίζεται τους νόμους του Νεύτωνα με το μεγαλύτερο αποτέλεσμα.
Βίντεο της Ημέρας
Οι Νόμοι
Ο πρώτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα ονομάζεται κοινώς νόμος αδράνειας: Ένα αντικείμενο σε κατάσταση ομοιόμορφης κίνησης θα παραμείνει σε αυτή την κίνηση αν δεν συναντήσει μια εξωτερική δύναμη και ένα αντικείμενο σε ηρεμία θα παραμείνουν σε κατάσταση ηρεμίας, εκτός εάν ασκείται από εξωτερική δύναμη. Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα ορίζει τη σχέση μεταξύ της μάζας του αντικειμένου, της δύναμης που εφαρμόζεται σ 'αυτήν και της επιτάχυνσης που προκύπτει: Η δύναμη ισούται με την επιτάχυνση της μάζας φορές ή F = ma. Ο τρίτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα μπορεί να είναι αυτός με τον οποίο οι περισσότεροι άνθρωποι είναι πιο εξοικειωμένοι, αν και μόνο επειδή το βλέπουν να αναφέρεται τόσο συχνά: Για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση.
Ο πρώτος νόμος
Στο τένις, η πιο προφανής περίπτωση του πρώτου νόμου του Νεύτωνα είναι η πορεία της μπάλας. Όταν χτυπάς την μπάλα με τη ρακέτα σου, το κεφάλι σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Εάν παίζατε το παιχνίδι στο κενό του διαγαλαξιακού χώρου, έτη φωτός από οποιοδήποτε όργανο που παράγει βαρύτητα, η μπάλα θα συνεχίσει προς αυτή την κατεύθυνση περισσότερο ή λιγότερο επ 'αόριστον, διότι δεν θα ενεργούσαν εξωτερικές δυνάμεις. Στη Γη, όμως, δουλεύουν δύο μεγάλες δυνάμεις: Η αντίσταση του αέρα επιβραδύνει την ταχύτητα της μπάλας και η βαρύτητα τραβάει την μπάλα προς το έδαφος.
Ο Δεύτερος Νόμος
Όταν θυσιαστήκατε την μπάλα του τένις με τη ρακέτα σας - στο διάστημα ή στη Γη - ασκήσατε μια δύναμη πάνω του. Πόση δύναμη; Εκεί έρχεται ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα: Η δύναμη ισούται με επιτάχυνση μαζικής κατάστασης. Σε αυτή την εξίσωση, η μάζα μετριέται σε χιλιόγραμμα και η επιτάχυνση σε μια μονάδα που ονομάζεται "μετρητές ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο". Η επιτάχυνση δεν είναι το ίδιο με την ταχύτητα. μάλλον, είναι ο ρυθμός με τον οποίο επιταχύνεται κάτι. Εάν ένα αντικείμενο κινείται με ταχύτητα 1 m ανά δευτερόλεπτο ή "m / s" και επιταχύνεται, έτσι ώστε ένα δευτερόλεπτο αργότερα να κινείται στα 2 m / s, τότε επιτάχυνε 1 m / s σε αυτό το δευτερόλεπτο - 1 m ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο.
Τώρα πίσω σε εκείνη την μπάλα τένις χτυπήσατε: Μια μπάλα τένις έχει μάζα περίπου 56 g, ή 0. 056 kg. Και ας πούμε ότι βάζετε αρκετό τέντωμα στην μπάλα που το ένα δέκατο του δευτερολέπτου μετά το χτύπημα, φθάνει τα 100 mph, ή 44. 7 m ανά δευτερόλεπτο. Αυτός είναι ο ρυθμός επιτάχυνσης 447 m ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο ή m / s / s. Πολλαπλασιάστε τα 0. 056 kg φορές 447 m / s / s και κερδίζετε 25 032. Αλλά 25 032 από τι; Η δύναμη μετράται σε μονάδες που ονομάζονται, αρκετά κατάλληλα, Newtons.Χτυπήσατε την μπάλα με 25 032 Newtons δύναμης. Νίκαια εξυπηρετούν.
Ο Τρίτος Νόμος
Σερβίρετε την μπάλα, ο αντίπαλός σας επιστρέφει την εξυπηρέτηση και πηγαίνετε να επιστρέψετε το βόλεϊ. Φυτεύεις το πόδι σου στο έδαφος και σπρώχνεις. Σπρώχνετε προς μία κατεύθυνση - υπό γωνία στο έδαφος - και το σώμα σας πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση, σε μια γωνία μακριά από το έδαφος. Η δύναμη με την οποία προωθήσατε στο έδαφος είναι η δύναμη με την οποία προωθείτε. Αυτή είναι η δράση και η αντίδραση. Είστε ο τρίτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα, σε κίνηση.
