物理故事三百篇 22 胡克定律的發現

22 胡克與彈性力定律

古代，人們從建築勞動中，獲得了大量有關材料強度方面的知識，不少科學家做過這方面的實驗。像意大利著名的科學家達·芬奇，曾經用鐵絲吊起一隻籃子，然後慢慢向籃中加沙子，當鐵絲斷裂的時候，記下沙子的重量；伽利略也做過類似的實驗，還測量過懸臂樑加上重物以後的彎曲程度。他們用這些實驗，來研究材料的強度。通過總結前人成果，第一個發現彈性力定律的是英國物理學家胡克。

胡克研製天文儀器時，接觸到了彈簧。為了研究彈簧的性能，胡克做了許多實驗。他把彈簧的一端懸掛起來，在另一端加重量，觀察彈簧長度的變化。當他把多次實驗數據列在一起的時候，他發現，彈簧上所加重量的大小與彈簧的伸長量成正比。

這一發現，使胡克十分興奮。彈簧的這種性質是不是對所有的彈性體都適用呢？胡克知道，必須用實驗來證實自己的推理。

他把表的遊絲固定在黃銅的輪子上，加上外力使輪子轉動，遊絲便收縮或放鬆。改變外力的大小，遊絲收縮或放鬆的程度也會改變。實驗結果表明，外力與遊絲收縮或放鬆的程度成正比。他又用6～12米長的金屬線實驗，發現金屬線上受到的外力也是與金屬線的伸長量成正比的。金屬物質有這種性質，其他物質有沒有呢？他找來一根乾燥的木杆，將木杆水平放置，一端固定，另一端掛上重物，結果也是一樣：所加重量的大小與木杆彎曲的程度也成正比。他還用絲、毛髮、玻璃、土塊等做實驗。從實驗中他得出：任何有彈性的物體，彈性力都與它伸長的距離成正比。1678年，胡克寫了一篇《彈簧》論文，向人們介紹了對彈性物體實驗的結果，為材料力學和彈性力學的發展奠定了基礎。

後來，不少科學家為進一步發展胡克的思想，做了大量工作。19世紀初，英國科學家托馬斯·楊的成績最為卓著。他總結了胡克等人的研究成果，指出：如果彈性體的伸長量超過一定限度，材料就會斷裂，

彈性力定律就不再適用了，明確地指出彈性力定律的適用範圍。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，他還推算出外力與不同物體的改變的比例常數，這個常數被人們稱為楊氏模量。從胡克到托馬斯·楊，經過許多科學家的辛勤勞動，終於準確地確立了物體的彈性力定律。後人為紀念胡克的開創性工作和取得的成果，便把這個定律叫做胡克定律。