Роберт
Гук
(1635—1703)
Роберт Гук был сыном приходского священника,
жившего на острове Уайт (Wight). В детском возрасте
он был очень слабым и болезненным, но весьма рано обнаружил живой интерес к
изобретению механических игрушек и к рисованию. Когда ему исполнилось 13 лет,
он поступил в Вестминстерскую школу и поселился в доме школьного учителя, д-ра Басби (Busby). Там он изучил
латинский, греческий и немного еврейский языки, а также познакомился с Началами
Евклида и некоторыми другими трудами по математике. В 1653 г. Гук был отправлен
в церковь Христа в Оксфорде, где стал певчим. Это дало ему возможность
продолжать свои занятия, и в 1662 г. он получил степень магистра искусств. В
Оксфорде он сблизился с некоторыми учеными и, будучи опытным механиком, помогал
им в их исследовательской работе. Около 1658 г. он работал совместно с Бойлем и
усовершенствовал воздушный насос. Он пишет: “Почти в то же самое время
благодаря доброте д-ра Уорда (Ward) мне представился
случай познакомиться с астрономией, в связи с чем для
уточнения астрономических наблюдений я занялся усовершенствованием маятника и
нашел способ увеличивать продолжительность его колебаний... С этой целью я
провел несколько испытаний, которые, как я обнаружил к моему удовлетворению,
увенчались удачей. Этот успех побудил меня к дальнейшим размышлениям о
возможности приспособления маятника для определения географической долготы
мест, и тогда разработанный мною для самого себя метод механических изобретений
быстро привел меня к использованию пружин вместо силы тяжести для того, чтобы
приводить какое-либо тело в колебательное движение при любом положении”. Это
сообщение отмечает начало экспериментирования с пружинами.
В 1662 г. по рекомендации Роберта Бойля Гук
стал куратором по организации экспериментов в Королевском обществе, и его
познания в механике и изобретательские способности нашли здесь хорошее
применение. Он всегда стремился к разработке какого либо прибора, чтобы
продемонстрировать свои собственные идеи или же для того, чтобы
проиллюстрировать или выяснить какой-либо вопрос, возникавший
в дискуссиях членов Общества.
В годы 1663—1664 Роберт Гук заинтересовался
микроскопией, а в 1665 г. вышла его книга “Микрография”. В ней мы находим не
только сведения о микроскопе Гука, но также и описания его новых важных
открытий. Гук пришел к мысли, что “свет представляет собой весьма короткие
колебательные движения, совершающиеся в поперечных направлениях к линиям
распространения света”. Он объяснил происхождение интерференционной окраски
мыльных пузырей и явление ныотоновых колец.
В 1664 г. Гук стал профессором геометрии в
колледже Грэшем (Gresham),
однако продолжал демонстрировать свои эксперименты, изобретать и описывать
новые инструменты в Королевском обществе, а также читать, сверх того, лекции(по кафедре Кутлера). На
заседании Королевского общества 3 мая 1666 г. Гук заявил:
“Я намерен изложить систему мира, весьма
отличающуюся от всех до сих пор предложенных; она основывается на
следующих трех положениях:
I. Все небесные тела не .только
обладают тяготением своих частей к их собственному общему центру, но
притягиваются и взаимно одно к другому внутри их сфер действия.
II.
Все тела, совершая простое движение, будут продолжать двигаться по прямой
линии, если только они не будут постоянно отклоняться от нее некоторой внешней
силой, побуждающей их описывать окружность, эллипс или какую-либо иную кривую.
II.
Это притяжение тем больше, чем тела ближе. Что же касается отношения, в котором
эти силы уменьшаются с увеличением расстояния, то я сам (как он сообщает) не
определил его, хотя и проделал с этой целью некоторые эксперименты.
Предоставляю сделать это другим, у которых найдется для этой задачи достаточно
времени и знаний”.
Мы видим, что Гук имел ясное представление о
всемирном тяготении, хотя ему и недоставало математических познаний, чтобы
доказать законы Кеплера.
После большого лондонского пожара в сентябре
1666 г. Гук представил модель, иллюстрировавшую его проект реконструкции
пострадавшего города; по рассмотрении
ее члены городского магистрата поручили вести эти восстановительные работы
Гуку. Он проявил большую активность и спроектировал несколько зданий.
В 1678 г. вышла из печати его работа “De potentia restitutiva
or of spring”
(О восстановительной способности или об упругости). В ней содержатся результаты
проведенных Гуком опытов с упругими телами. Это был первый печатный труд, в
котором рассматривались упругие свойства материалов. Относительно выполнения
самих экспериментов он дает следующие указания: “Возьмите проволочную струну
20, 30 или 40 футов длиной, крепите ее в верхней части гвоздем, а к нижнему
концу подвесьте чашку весов для нагрузки (разновесов). Затем измерьте циркулем
расстояние от дна чашки до земли или пола и запишите это расстояние; далее
положите в названную чашку гири, измерьте несколько раз удлинения названной
струны и запишите их. Затем сравните несколько таких удлинений той же струны, и
вы найдете, что они всегда будут относиться друг к другу так же, как вызвавшие
их нагрузки”. Гук описывает также опыты с винтовыми и спиральными пружинами, в
частности часовыми, а такж& с “бруском сухой
древесины, который изгибается и возвращается в первоначальное состояние, если
одним концом его укрепить в горизонтальном положении, к другому же концу
подвешивать нагрузки, прогибающие его вниз”. Он не только исследует прогибы
такой консоли, но рассматривает и деформации продольных ее волокон и приходит к
весьма важному заключению, что на выпуклой поверхности волокна при изгибе
растягиваются, на вогнутой—сжимаются. Из всех этих
экспериментов Гук извлекает важное заключение. “Совершенно
очевидно, что правило или закон природы для всякого упругого тела состоит в
том, что его сила или способность восстанавливать свое естественное состояние
всегда пропорциональны той мере, на которую оно выведено из этого своего
естественного состояния, совершено ли это путем его-разрежения,
отделения его частей одна от другой или же путем сгущения или уплотнения этих
частей. И наблюдать это можно не только в
рассмотренных выше телах, но и во всех каких бы то ни было упругих телах, будь
то металлы, дерево, каменные породы, кирпич, волос, рог, шелк, кости, мышцы,
стекло и т. п. При этом имеют значение та или иная форма изгибаемого тела, а
также тот или иной, выгодный или невыгодный, способ его изгибания.
Исходя из этого принципа, легко можно будет вычислять силу луков, а также
баллист или катапульт, находивших применение у древних... Легко будет вычислить
и необходимое сопротивление-пружины для часов... На
той же основе легко объяснить изохронные колебания пружины или натянутой
струны, а также однородность звука, производимого теми струнами,'колебания которых достаточно быстры для того, чтобы
произвести доступный слуху звук. Этим же объясняется, по-видимому, почему
пружина, присоединенная к балансиру часов, выравнивает его колебания, когда они
бывают то большими, то меньшими... Пользуясь тем же законом, легко было бы
устроить Философские весы, чтобы определять вес любого тела без применения
гирь... Такие весы я изобрел для того, чтобы исследовать притяжение тел к
центру земли, иначе говоря, выяснить, не теряют ли тела на большом удалении от
центра земли несколько в своей силе тяготения к центру земли...”.
Мы видим, что Роберт Гук не только установил
соотношение между величиной сил и производимыми ими деформациями, но и указал
ряд экспериментов, где этим соотношением можно воспользоваться для решения
некоторых весьма важных вопросов. Это линейное соотношение между силой и
деформацией, известное как закон Гука, и послужило фундаментом, на котором
впоследствии получила свое дальнейшее развитие механика упругих тел.
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Сопротивление материалов
Строительная механика Детали машин Теория машин и механизмов
