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胡克和胡克定律


□ 沈意明

  在牛顿时代,英国还有一位著名的物理学家,名叫胡克.他生于1635年7月18日,1653年进入牛津大学读书,师从著名学者波义耳,后成为波义耳实验室的助手,在实验室工作时期发明了空气唧筒.1662年胡克被委派到伦敦皇家学会掌管实验,1663年成为英国皇家学会会员.1678年胡克以气体分子不断碰撞容器壁的结果,解释了压强的由来.在这一期间,他还发明了显微镜和望远镜,并且改进了天文观测计时用的摆.他的大量实验成果为材料力学和弹性力学奠定了基础.
  
  现在人们都知道万有引力的规律是由牛顿发现的,其实,胡克在其中也起了一定的作用.1661年英国皇家学会成立了一个专门委员会,专门研究重力问题,当时胡克就从事这项工作.他已经觉察到引力和重力有同样的本质,他曾和助手们在山顶和矿井下进行实验,企图测定重力随地心的距离变化的关系,但未能成功.
  1674年,胡克在一次演讲中提出,引力会随距离变化,“一旦知道了这一关系,天文学家就很容易解决天体运动的规律了”.1680年初,在给牛顿的信中,胡克提出了引力反比于距离平方的猜测.
  1684年,在胡克、论恩、哈雷等人的一次聚会中,又重提引力问题.论恩为此拿出一笔奖金,胡克声言他已解决了这一问题,但不肯立即公布它的证明.哈雷于1684年8月从伦敦专程到剑桥大学向牛顿请教,牛顿说他早已完成了这一证明,但当时没有找到这份手稿.在这一年的年底,牛顿重新作出证明寄给哈雷.在哈雷的热情劝告和资助下,1687年出版了牛顿的名著《自然哲学的数学原理》,公布了他力学研究的全部成果.该书的出版标志着经典力学体系的建立.
  现在,胡克留给后人影响最大的还是著名的胡克定律:在一定限度内,弹簧的伸长与它所受到的拉力成正比,即F=k△X,其中F代表弹簧所受到的拉力,△X代表弹簧的伸长量,k被称为倔强系数.k的大小与弹簧本身的材料、匝数、横截面积有关.对于某一确定的弹簧而言,k值是确定的.这一定律的发现直接导致了弹簧测力计——测量力的基本工具的诞生,并且直到今天的物理实验室还在广泛使用.当年,胡克在研究弹力时做了大量的实验,他不仅研究了弹簧伸长和缩短时遵循的规律,而且研究了扭转形变、弯曲形变时遵循的规律.
  胡克定律是物理规律和数学公式的完美结合.在各类考试中也经常有这类题目.请同学们看看下面的两道题.
  例1实验室中的一个弹簧测力计因弹簧断裂而损坏,小明就去掉断裂的一小段弹簧,将剩余较长一段弹簧重新安装好,并校准了零刻度.那么用这个修复的弹簧测力计测量时,测量值与原来测量值相比较,结果是().
  A.测量值比原来的测量值大
  B.测量值比原来的测量值小
  C.与原来测量结果一致
  D.以上三种情况都可能出现
  解析弹簧受力时,各部分都均匀伸长,在忽略弹簧的自重下,可认为各部分的弹力相同.设想将整个弹簧分成等长的n段,如果弹簧总的伸长量为△X,弹力为F,那么每一段伸长量为△X/n,每一段产生的弹力大小也是F.弹簧剪短后,仍分成等长n段,如果弹簧总伸长量仍为△X,则其余每一段伸长量为△X/n.但剪短后每一段自然长度均小于未剪之前,在总伸长度相同的条件下,剪短后的每一段产生的弹力要大.也就是说,剪短后的弹簧与原来较长的弹簧相比较,使它们伸长相同的长度△X,对较短的弹簧的拉力大于F.由上分析,用修复的弹簧测力计测量时,测量值小于原来测量值.本题答案应选B. ......
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