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Lorsque vous regardez le tennis ou tout autre sport, vous regardez une démonstration de la physique, avec juste plus de joie que l’expérience de physique typique. Les trois lois du mouvement décrites en 1687 par Sir Isaac Newton, champion du Grand Chelem de la science préindustrielle, sont au cœur de l'action. À bien des égards, un match de tennis est un test permettant de déterminer quel joueur manipule au mieux les lois de Newtons.
Les lois
La première loi du mouvement de Newton s'appelle communément la loi de l'inertie: un objet en état de mouvement uniforme restera dans ce mouvement sauf s'il rencontre une force externe, et un objet au repos restera au repos à moins qu'il ne soit agi par une action externe. Obliger. La deuxième loi de Newtons définit la relation entre la masse d'un objet, la force qui lui est appliquée et l'accélération qui en résulte: Force = accélération en masse, ou F = ma. La troisième loi du mouvement de Newtons est peut-être celle que la plupart des gens connaissent le mieux, ne serait-ce que parce qu'ils la voient si souvent citée: chaque action entraîne une réaction égale et opposée.
La première loi
Au tennis, l'exemple le plus évident de la première loi de Newtons est la trajectoire de la balle. Lorsque vous frappez la balle avec votre raquette, elle part dans une certaine direction. Si vous jouiez dans le vide d'un espace intergalactique, à des années-lumière de tout organisme produisant de la gravité, le ballon continuerait dans cette direction plus ou moins indéfiniment, car aucune force externe ne l'aurait agi. Sur Terre, cependant, deux forces principales sont à l'œuvre: la résistance de l'air ralentit la vitesse du ballon et la gravité tire le ballon vers le sol.
La deuxième loi
Lorsque vous avez frappé votre balle de tennis avec votre raquette - dans l’espace ou sur Terre - vous y avez exercé une force. Combien de force? C’est là que la seconde loi de Newtons intervient: la force est égale à la masse fois l’accélération. Dans cette équation, la masse est mesurée en kilogrammes et l'accélération dans une unité appelée "mètres par seconde par seconde". L'accélération n'est pas la même chose que la vitesse. c'est plutôt la vitesse à laquelle quelque chose accélère. Si un objet se déplace à 1 m par seconde, ou "m / s", et qu’il s’accélère de façon à ce qu’une seconde plus tard, il se déplace à 2 m / s, il accélère de 1 m / s au cours de cette seconde - 1 m par seconde par seconde.
Revenons maintenant à la balle de tennis que vous frappez: une balle de tennis a une masse d'environ 56 g, soit 0,056 kg. Et disons que vous frappez suffisamment la balle pour qu’un dixième de seconde après que vous l’ayez frappée, elle atteigne 100 mph, soit 44,7 m par seconde. C'est un taux d'accélération de 447 m par seconde par seconde, ou m / s / s. Multipliez 0.056 kg fois 447 m / s / s et vous obtenez 25.032. Mais 25.032 de quoi? La force est mesurée en unités appelées, à juste titre, en Newton. Vous frappez la balle avec 25.032 Newtons de force. Bon servir.
La troisième loi
Vous servez la balle, votre adversaire rend le service et vous allez rendre sa volée. Vous plantez votre pied sur le sol et poussez. Vous poussez dans une direction - à un angle dans le sol - et votre corps va dans la direction opposée, à un angle du sol. La force avec laquelle vous avez poussé dans le sol est la force avec laquelle vous avez été propulsé vers l'avant. C'est l'action et la réaction. Youre Newton troisième loi du mouvement, en mouvement.