Inhalt
Wenn Sie Tennis oder eine andere Sportart sehen, sehen Sie eine Demonstration der Physik, nur mit mehr Jubel als das typische Physik-Experiment. Im Zentrum der Aktion stehen die drei Bewegungsgesetze, die 1687 von Sir Isaac Newton, dem Grand-Slam-Champion der vorindustriellen Wissenschaft, beschrieben wurden. In vielerlei Hinsicht ist ein Tennismatch ein Test, bei dem der Spieler die Newtonschen Gesetze mit größter Wirkung manipuliert.
Die Gesetze
Das erste Newtonsche Bewegungsgesetz wird im Allgemeinen als Trägheitsgesetz bezeichnet: Ein Objekt in einem gleichmäßigen Bewegungszustand bleibt in dieser Bewegung, sofern es nicht auf eine äußere Kraft trifft, und ein ruhendes Objekt bleibt in Ruhe, sofern es nicht von außen beaufschlagt wird Macht. Newtons zweiter Hauptsatz definiert die Beziehung zwischen einer Objektmasse, der auf sie einwirkenden Kraft und der resultierenden Beschleunigung: Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung, oder F = ma. Newtons drittes Bewegungsgesetz könnte dasjenige sein, mit dem die meisten Menschen am vertrautesten sind, wenn auch nur, weil sie es so oft zitiert sehen: Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.
Das erste Gesetz
Im Tennis ist der Weg des Balls das offensichtlichste Beispiel für Newtons erstes Gesetz. Wenn Sie den Ball mit Ihrem Schläger schlagen, geht er in eine bestimmte Richtung. Wenn Sie das Spiel im Vakuum des intergalaktischen Raums spielen würden, Lichtjahre von einem schwerkrafterzeugenden Körper entfernt, würde der Ball mehr oder weniger auf unbestimmte Zeit in diese Richtung weiterlaufen, da keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken würden. Auf der Erde wirken jedoch zwei Hauptkräfte: Der Luftwiderstand verlangsamt die Geschwindigkeit des Balls und die Schwerkraft zieht den Ball in Richtung Boden.
Das zweite Gesetz
Als Sie den Tennisball mit Ihrem Schläger im Weltraum 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 die Masse in Kilogramm und die Beschleunigung in einer Einheit gemessen, die als "Meter pro Sekunde pro Sekunde" bezeichnet wird. Beschleunigung ist nicht dasselbe wie Geschwindigkeit. Vielmehr ist es die Geschwindigkeit, mit der sich etwas beschleunigt. Bewegt sich ein Objekt mit einer Geschwindigkeit von 1 m / s oder "m / s" und beschleunigt es so, dass es sich eine Sekunde später mit einer Geschwindigkeit von 2 m / s bewegt, beschleunigt es 1 m / s in dieser Sekunde - 1 m pro Sekunde pro Sekunde.
Zurück zu dem Tennisball, den Sie getroffen haben: Ein Tennisball hat eine Masse von ungefähr 56 g oder 0,056 kg. Nehmen wir an, Sie haben so viel Zing auf den Ball gesetzt, dass er eine Zehntelsekunde nach dem Aufprall 100 Meilen pro Stunde oder 44,7 Meter pro Sekunde erreicht. Das ist eine Beschleunigungsrate von 447 m / s pro Sekunde oder m / s / s. Multiplizieren Sie 0,056 kg mit 447 m / s / s und Sie erhalten 25,032. Aber 25.032 von was? Die Kraft wird in Einheiten gemessen, die angemessenerweise Newton genannt werden. Sie schlagen den Ball mit 25,032 Newton. Schön zu dienen.
Das dritte Gesetz
Sie dienen dem Ball, Ihr Gegner gibt den Aufschlag zurück und Sie gehen, um ihre Salve zurückzugeben. Sie setzen Ihren Fuß auf den Boden und stoßen ab. Du drückst in eine Richtung - schräg in den Boden - und dein Körper geht in die entgegengesetzte Richtung, schräg vom Boden weg. Die Kraft, mit der du in den Boden gedrückt hast, ist die Kraft, mit der du nach vorne getrieben hast. Das ist Aktion und Reaktion. Du bist Newtons drittes Bewegungsgesetz, in Bewegung.