胡克的發(fā)現(xiàn)

霍啟成　劉行光

彈性是普遍存在的自然現(xiàn)象，人也離不開彈性。用手指按一下你自己的皮膚，發(fā)現(xiàn)它有彈性。如果皮膚無彈性，可不得了，起碼有浮腫病。人的腳心是凹的，是走路時減少震動的需要，如不凹，走路極不便，亦是病，稱為扁平足。見過扁平足的人會發(fā)現(xiàn)，其走路遠(yuǎn)不如正常人輕快。另外，弓箭、皮球、沙發(fā)、鐘表、輪胎……都和彈性有關(guān)。想想看，如果沒有彈性，足球、籃球、排球等體育項目將會怎樣？飛機(jī)、汽車、火車又將怎樣？

那么，是誰首先發(fā)現(xiàn)彈性定律的呢？是胡克。

羅伯特·胡克與牛頓是同時代的人，他是17世紀(jì)英國著名的物理學(xué)家和天文學(xué)家。他不僅在光學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)等多方面都有重大成就，在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)更是卓越。他曾對萬有引力的發(fā)現(xiàn)做出重大貢獻(xiàn)，更重要的是他發(fā)現(xiàn)了著名的彈性定律。

羅伯特·胡克（1635—1703）生于英格蘭南方海邊的威特島。父親是一位牧師，他原本想把胡克培養(yǎng)成為一名出色的神學(xué)家，但胡克從小就喜歡擺弄鐘表及機(jī)械玩具，對神學(xué)不感興趣，而且他生就體弱多病，常因頭痛的困擾而不能堅持學(xué)習(xí)。于是父親只好放棄原來的打算，順其自然了。胡克13歲時，父親不幸去世，這給了他極大的打擊，好心的威斯敏斯特中學(xué)校長巴斯比收留了他。

從此，在校長巴斯比的幫助下，他開始了半工半讀的艱難求學(xué)生涯。后來，他考入了人才濟(jì)濟(jì)的牛津大學(xué)，艱難地完成了大學(xué)課程，并獲得牛津大學(xué)授予的碩士學(xué)位。畢業(yè)后，胡克被推薦到牛津大學(xué)波義耳實驗室擔(dān)任波義耳的助手，開始了他漫長的科學(xué)實驗生涯。

波義耳是位極有天分的科學(xué)家，他當(dāng)時正在研究氣體體積和壓力的關(guān)系。作為波義耳的助手，胡克幫他設(shè)計了完善的實驗設(shè)備，并協(xié)助他進(jìn)行大量實驗，從而證明了氣體定律。

由于胡克具有高超的實驗及設(shè)計能力，1662年被正式選為英國皇家學(xué)會會員，并被指定為英國皇家學(xué)會的實驗室主任。這使他有機(jī)會涉獵各門學(xué)科研究的最新進(jìn)展，其實驗和研究的能力與日俱增。

胡克在英國皇家學(xué)會任職整整20年。在此期間，他發(fā)明了很多儀器，被譽(yù)為“現(xiàn)代儀器制造業(yè)之父”。他還成功地制造出了世界上第一臺復(fù)式顯微鏡，并通過這臺顯微鏡第一次發(fā)現(xiàn)了“細(xì)胞”。他的一系列光學(xué)研究，對光學(xué)理論的發(fā)展具有很重要的作用。他對萬有引力的探索和研究為牛頓發(fā)現(xiàn)和證明萬有引力定律奠定了重要的基礎(chǔ)。

胡克雖然沒能最終發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，但他卻把握住了物理學(xué)另一個偉大發(fā)現(xiàn)的契機(jī)，這就是著名的“彈性定律”。

人們已經(jīng)懂得地球?qū)ξ矬w的吸引力，但這個吸引力有多大呢？

做過金匠的胡克想到以前拉彈簧的情形：用力拉彈簧，可以把彈簧拉長，而且拉力越大，它會越長。他自言自語道：“如果我弄明白彈簧長度和拉力的關(guān)系，不就可以利用彈簧測出地球?qū)ξ矬w的吸引力了嗎？”

他找了一條彈簧和好幾個相同重量的物品，把這些東西一個個加掛在彈簧上，并分別記下彈簧的長度。最后他在整理這些記錄時發(fā)現(xiàn)：掛一個2.5公斤的物體時，彈簧伸長1英寸（2.54厘米）；掛兩個（5公斤），伸長2英寸（5.08厘米）……

胡克心想：“怎么這么巧呢！”于是，他又另外找了幾個彈簧，做同樣的實驗，結(jié)果都和以前一樣：彈簧的伸長度和掛物的重量成正比，這是力學(xué)上的一個重大發(fā)現(xiàn)，后人把它稱為彈性定律，也稱“胡克定律”。彈性定律雖然很簡單，卻很有用。此后不久，它直接促成了手表的發(fā)明。近代的材料力學(xué)，也是利用這個理論來估計物體受力作用時發(fā)生的形變變化的。

編輯/佟馨