Tenisul este un sport complex în care fizica joacă un rol esențial. De la modul în care mingea interacționează cu racheta și suprafața terenului până la efectele aerodinamice asupra traiectoriei mingii, fiecare lovitură este influențată de legile fizicii. Două concepte esențiale în tenis sunt:
Loviturile cu efect (spin)
Coliziunile elastice și transferul de energie
Spin-ul este mișcarea de rotație a mingii de tenis în jurul unei axe proprii. Efectul acestuia asupra traiectoriei mingii este explicat prin efectul Magnus.
Acesta descrie cum rotația mingii influențează traiectoria sa în aer. Când o minge rotește în timpul zborului, creează o diferență de presiune între partea superioară și cea inferioară, determinând mingea să se curbeze în aer.
Fmagnus=ρ·v·ω·A
unde: ρ este densitatea aerului, v este viteza mingii, ω este viteza de rotație a mingii, A este suprafața mingii.
Apare când mingea rotește înainte (în direcția de deplasare).
Determină mingea să se curbeze în jos mai repede decât ar face-o doar sub influența gravitației.
Este folosit pentru lovituri puternice de la fundul terenului (forehand și backhand).
Apare când mingea rotește în sens invers direcției sale de deplasare si face ca mingea să zboare mai lent și să sară mai jos la impact cu solul.
Este folosit pentru lovituri defensive și pentru drop shots (lovituri scurte care cad aproape de fileu).
Apare când mingea rotește în lateral, modificându-și direcția în aer.
Este utilizat mai ales la serviciu sau în lovituri în unghiuri extreme.
Exemplu: Jucătorii de dublu folosesc adesea acest efect la serviciu pentru a scoate adversarii în afara terenului.
O coliziune elastică apare atunci când două obiecte se ciocnesc și își conservă energia cinetică și impulsul. În tenis, coliziunea mingii cu racheta este aproape elastică, ceea ce înseamnă că o parte din energie se conservă, dar o parte este pierdută sub formă de căldură și sunet.
Legea conservării impulsului
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
unde m1 si m2 sunt masele mingii și ale rachetei, v1 si v2 sunt vitezele inițiale înainte de impact, iar v1′ si v2′ sunt vitezele după impact
Coeficientul de restituție (e): Acesta măsoară cât de elastică este coliziunea dintre minge și rachetă. Se definește ca raportul dintre viteza relativă după impact și viteza relativă înainte de impact:
e=vfinal/vinitial
Dacă e≈1 coliziunea este elastică (foarte puțină energie pierdută), iar dacă e≈0 coliziunea este inelastică (aproape toată energia este pierdută).
O rachetă de tenis bine tensionată va avea un coeficient de restituție mai mare, ceea ce înseamnă că mingea va ricoșa mai rapid.
Pe terenurile de zgură (unde mingea sare mai sus), coeficientul de restituție este mai mare decât pe terenurile rapide (hard sau iarbă).
Un alt aspect important este viteza mingii la serviciu. Jucătorii profesioniști pot servi la viteze de peste 200 km/h datorită combinației dintre impuls, forța aplicată și poziționarea corectă a rachetei.
Formula forței aplicate pe minge:
F=m·a
unde: F este forța aplicată de rachetă asupra mingii, m este masa mingii de tenis (aproximativ 57 g), a este accelerația mingii în momentul loviturii.
Unghiul optim al serviciului
o Un serviciu plat are o traiectorie directă și este foarte rapid.
o Un serviciu cu topspin va intra mai ușor în teren datorită efectului Magnus.
o Un serviciu cu slice se va deplasa lateral și poate destabiliza adversarul.