胡克的發現

霍啟成　劉行光

彈性是普遍存在的自然現象，人也離不開彈性。用手指按一下你自己的皮膚，發現它有彈性。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現，其走路遠不如正常人輕快。另外，弓箭、皮球、沙發、鐘表、輪胎……都和彈性有關。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、汽車、火車又將怎樣？

那么，是誰首先發現彈性定律的呢？是胡克。

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

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成為一名出色的神學家，但胡克從小就喜歡擺弄鐘表及機械玩具，對神學不感興趣，而且他生就體弱多病，常因頭痛的困擾而不能堅持學習。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生涯。后來，他考入了人才濟濟的牛津大學，艱難地完成了大學課程，并獲得牛津大學授予的碩士學位。畢業后，胡克被推薦到牛津大學波義耳實驗室擔任波義耳的助手，開始了他漫長的科學實驗生涯。

波義耳是位極有天分的科學家，他當時正在研究氣體體積和壓力的關系。作為波義耳的助手，胡克幫他設計了完善的實驗設備，并協助他進行大量實驗，從而證明了氣體定律。

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

胡克在英國皇家學會任職整整20年。在此期間，他發明了很多儀器，被譽為“現代儀器制造業之父”。他還成功地制造出了世界上第一臺復式顯微鏡，并通過這臺顯微鏡第一次發現了“細胞”。他的一系列光學研究，對光學理論的發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現和證明萬有引力定律奠定了重要的基礎。

胡克雖然沒能最終發現萬有引力定律，但他卻把握住了物理學另一個偉大發現的契機，這就是著名的“彈性定律”。

人們已經懂得地球對物體的吸引力，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系，不就可以利用彈簧測出地球對物體的吸引力了嗎？”

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現：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，這是力學上的一個重大發現，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明。近代的材料力學，也是利用這個理論來估計物體受力作用時發生的形變變化的。

編輯/佟馨