主页 > 自然科学史 > 胡克提出弹性定律
2018-01-28

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      胡克曾经帮助波义尔改进抽气机,他与牛顿同一时代。在力学方面,胡克的贡献最为突出,他是很早就探索万有引力的科学家,并且对万有引力的发现做出了重大贡献。
      胡克比波义尔年轻,是波义尔的助手。波义尔对他的影响是很大的。他因此走上了自然科学研究的道路。
      罗伯特·胡克1635年出生,年少时体弱多病并且因为患天花而使脸上留下了麻子。他小时没能接受正规教育,但聪明好学的他对新物理学表现得具有超常的领悟能力。
      胡克是做实验的大师,他自己制造了显微镜,“细胞”一词也是胡克首创的。本来,胡克用这个词来称呼他在显微镜下发现的软木片上的那些小孔,但后来人们发现,这些小孔充满复杂的液体,是生命组织的基本成份,因此便把它们称作“细胞”了。
      胡克(曾译作虎克)在使用显微镜时提出了光的波动学说。他在理论方面取得的成就没有在实验方面的成就大,但胡克定律却是一个重大的理论发现,当然是他在实验的基础上总结而来的。
      胡克定律其实是研究万有引力的副产品,但胡克本人没能认识清楚万有引力,却意外地发现了“胡克定律”。
弹性定律
图 弹性定律示意图
      为了研究万有引力,胡克开始在不同地点测物重。在高山、平地、深深的矿井中多次测量进行比较。他想证明自己的一个假设:受到吸引力作用的物体,越靠近引力中心,比如说地心,其吸引力越大。地球上的物体离地心远,其所受吸引的力量就会减小。
      在这个过程中,需要测出物体的重量,而不是质量。胡克曾被尊称为现代仪器制造之父,所以他心灵手巧早就名闻遐迩。根据弹簧的变化,胡克想进一步弄清楚具体的数量关系,以求能称重量。
      他用相同重量的物品一个一个加挂在弹簧上,记下弹簧的长度,然后重复实验,记下准确数据。最后,胡克对数据进行整理,发现了一个简单而又不为人所知的规律:弹簧的伸长长度和挂物的重量成正比。
      他发现,弹簧总是倾向于回到自己的平衡位置,这种倾向表现是一个弹性力,这个力的大小与弹簧离开平衡位置的距离成正比。
      这就是胡克定律,也就是弹性定律。
      1678年,胡克将这项发现公布于世。弹性定律十分实用,近代的材料力学利用这个理论来计算物体的形变,而手表的发明更可以看成是这个理论的直接产物。
      胡克还认识到,地球和地球表面物体存在某种引力。否则,人们得到的现象应该是好比雨伞旋转与雨伞上的水滴被甩出去一样。可惜胡克未能在实验中证实他自己的关于万有引力理论的一些假设。
      胡克是一流的技术实验型物理学家,他做过金匠、木工等工作,制出过风速计、气候钟、雨量计、验湿器等仪器。
      之所以说弹性定律是手表的理论前提,是因为胡克认识到弹簧在被外力拨离开平衡位置后,如果迅速撤除外力,弹簧会在平衡位置附近做周期性的反复伸缩,而伸缩的时间间隔是相等的。
      这样人们摆脱了笨重的钟摆,手表和闹钟所用的游丝就是一种小弹簧。