22胡克與彈性力定律

古代，人們從建筑勞動(dòng)中，獲得了大量有關(guān)材料強(qiáng)度方面的知識(shí)，不少科學(xué)家做過(guò)這方面的實(shí)驗(yàn)。像意大利著名的科學(xué)家達(dá)·芬奇，曾經(jīng)用鐵絲吊起一只籃子，然后慢慢向籃中加沙子，當(dāng)鐵絲斷裂的時(shí)候，記下沙子的重量；伽利略也做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)，還測(cè)量過(guò)懸臂梁加上重物以后的彎曲程度。他們用這些實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究材料的強(qiáng)度。通過(guò)總結(jié)前人成果，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)彈性力定律的是英國(guó)物理學(xué)家胡克。

胡克研制天文儀器時(shí)，接觸到了彈簧。為了研究彈簧的性能，胡克做了許多實(shí)驗(yàn)。他把彈簧的一端懸掛起來(lái)，在另一端加重量，觀察彈簧長(zhǎng)度的變化。當(dāng)他把多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列在一起的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)，彈簧上所加重量的大小與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比。

這一發(fā)現(xiàn)，使胡克十分興奮。彈簧的這種性質(zhì)是不是對(duì)所有的彈性體都適用呢？胡克知道，必須用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)自己的推理。

他把表的游絲固定在黃銅的輪子上，加上外力使輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，游絲便收縮或放松。改變外力的大小，游絲收縮或放松的程度也會(huì)改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外力與游絲收縮或放松的程度成正比。他又用6～12米長(zhǎng)的金屬線實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)金屬線上受到的外力也是與金屬線的伸長(zhǎng)量成正比的。金屬物質(zhì)有這種性質(zhì)，其他物質(zhì)有沒(méi)有呢？他找來(lái)一根干燥的木桿，將木桿水平放置，一端固定，另一端掛上重物，結(jié)果也是一樣：所加重量的大小與木桿彎曲的程度也成正比。他還用絲、毛發(fā)、玻璃、土塊等做實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)中他得出：任何有彈性的物體，彈性力都與它伸長(zhǎng)的距離成正比。1678年，胡克寫了一篇《彈簧》論文，向人們介紹了對(duì)彈性物體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為材料力學(xué)和彈性力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

后來(lái)，不少科學(xué)家為進(jìn)一步發(fā)展胡克的思想，做了大量工作。19世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家托馬斯·楊的成績(jī)最為卓著。他總結(jié)了胡克等人的研究成果，指出：如果彈性體的伸長(zhǎng)量超過(guò)一定限度，材料就會(huì)斷裂，彈性力定律就不再適用了，明確地指出彈性力定律的適用范圍。他還指出，彈性體的其他的形狀改變，也符合彈性力定律。同時(shí)，他還推算出外力與不同物體的改變的比例常數(shù)，這個(gè)常數(shù)被人們稱為楊氏模量。從胡克到托馬斯·楊，經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的辛勤勞動(dòng)，終于準(zhǔn)確地確立了物體的彈性力定律。后人為紀(jì)念胡克的開創(chuàng)性工作和取得的成果，便把這個(gè)定律叫做胡克定律。