РОБЕРТ ГУК

В основе науки о конструкциях, в сущности, стоит задача о том, как получается, что любые неодушевленные твердые тела: сталь, бетон, дерево, пластмасса, способны оказывать сопротивление механической силе или хотя бы выдерживать свой собственный вес? На этот вопрос первым попытался ответить англичанин Роберт Гук. Он понял, что если материал или конструкция оказывает сопротивление действию нагрузки, то это возможно только за счет их ответного действия на тело, создающего эту нагрузку, с силой, равной по величине и противоположной по направлению. Т.е. если ваши ноги давят на пол вниз, то пол давит на них вверх. Если здание давит на фундамент, то и фундамент давит на здание. Это подразумевается в Третьем законе Ньютона, который гласит, что действие и противодействие равны по величине и противоположны по направлениям.

Физик и механик Роберт Гук (18.07.1635 — 03.03.1703) родился в семье священника в деревне Фрешуотер на острове Уайт (Англия). Отец прочил его в священники, но увидев, что мальчик проявляет склонность кизобретению механических игрушек, изменил свое решение и наметил для сына карьеру часового мастера. Однако часовым мастером Р. Гук не стал, хотя, как говорилось выше, одно время и работал над созданием конструкции точного хода часов. Отец Гука умер в 1648 г., когда сыну было 13 лет, и в этом же году Гука определили в частную школу в Вестминстере, где он с успехом изучал физику и математику и древние языки: латинский, древнегреческий и еврейский. Современники Гука рассказывали, что шесть книг «Начала» Евклида он изучил за одну неделю.

В 1653 г. Р.Гук поступил в Оксфордский университет. B студенческие годы Гук входит в кружок ученых, из которых позднее образовалось Лондонское Королевское общество — Академия наук Великобритании. После окончания университета Гук работал ассистентом вначале у химика Р. Уиллиса, а затем у физика Роберта Бойля.

В 1662 г. он был удостоен ученой степени магистра искусств и по рекомендации Р. Бойля получил должность куратора по проведению экспериментов в Лондонском Королевском обществе, которое было организовано в этом же году. В обязанности куратора входило проведение оригинальных и интересных опытов на еженедельных заседаниях общества. В этой должности Гук состоял до 1677 г. Изумительная техническая изобретательность Гука, его великолепное искусство экспериментатора нашли в этой работе хорошее применение.  В 1663 г. Р. Гук стал членом Лондонского Королевского общества, а в 1677 г. его секретарем. Эту обязанность он исполнял до 1683 г.

Уже в 1676 г. Гук ясно понимал не только то, что сопротивление твердых тел механическим нагрузкам создается посредством сил противодействия, но и то, что, во-первых, под механическим воздействием каждое тело или конструкция меняет форму, растягиваясь или сжимаясь, а во-вторых, именно это изменение и позволяет твердому телу создавать силу противодействия. Он доказал, что все конструкции под действием нагрузок в различной степени испытывают смещения (деформации).

Далее Гук пришел еще к одной важной мысли – он понял, что под действием нагрузок деформации возникают не только во всей конструкции, но и в самом материале. Атомы или молекулы материала под действием нагрузки отодвигаются или приближаются друг к другу. А так как физико-химические связи, соединяющие атомы материала, очень прочные и жесткие, то это и создает мощное сопротивление даже малым деформациям; другими словами, в материале возникают большие силы противодействия.

Гук проделал множество опытов с самыми разными предметами из самых разных материалов, различной геометрической формы (пружины, куски проволоки, балки). Последовательно подвешивая на них грузы, и измеряя смещения, он показал, что в любой конструкции смещение пропорционально нагрузке. Кроме того, в пределах возможных измерений, большинство твердых тел после снятия нагрузки восстанавливает свою первоначальную форму. Такое поведение материала называется упругим.

Гук в 1679 г. опубликовал результаты своих экспериментов. Статья называлась «Сила сопротивления, или упругость», в ней прозвучало знаменитое утверждение: «uttensiosicvis» – «каково растяжение, такова и сила». Именно эти выводы называют законом  Гука, и они легли в основу современных наук ‒ сопротивления материалов, строительной механики и теории упругости.

Величины деформаций зависят от  размеров, геометрической формы конструкции и от материала, из которого эта конструкция изготовлена. Такие материалы, как резина, ткань, деформируются даже под действием очень малых сил, поэтому они менее жесткие, чем  дерево, камень, бетон или сталь. И хотя абсолютно твердых тел в природе не существует, некоторые материалы, подобные алмазу, являются очень жесткими. После смерти Гука на протяжении 120 лет наука не нашла путей решения проблемы взаимосвязи между нагрузками и деформациями. Закон Гука хоть и сослужил инженерам очень большую службу, но XVIII столетие на удивление мало продвинуло изучение упругости. Здесь нельзя обойти вниманием влияние личности Ньютона на развитие прочностных наук.

Р. Гук и Исаак Ньютон  были единственными членами Королевского общества, не вносившими обязательных в то время для членов общества денежных взносов, поскольку они поддерживали жизнеспособность общества своей деятельностью. В 1664 г. Р. Гук получил должность профессора геометрии в колледже Грешем Лондонского университета. Математика не его призвание, а его заработок. Однако жалованье профессора было столь невелико, что Р. Гук должен быть добиваться катлеровских лекций, финансируемых богатым меценатом Катлером. Когда в 1666 г. в Лондоне произошел грандиозный пожар, уничтоживший большую часть города, для составления планов восстановления города и руководства строительными работами был организован комитет, в состав которого вошел Р. Гук: он занял должность главного инспектора по восстановлению Лондона. Р. Гук был превосходным администратором и талантливым архитектором, хорошо знавший строительное дело и архитектуру. В том, что уже через восемь лет — к 1674 г. Лондон восстал из руин, большая заслуга Р. Гука.

Из научных работ раннего периода наиболее значительной является «Микрография», опубликованная в 1665 г. В ней дано описание опытов по микроскопированию различных объектов. Он был прекрасным микроскопистом и рисовальщиком. Ему многим обязаны биология, в которой он открыл клеточное строение растений. Даже термин «клетка», такой привычный для нас,  и тот принадлежит Гуку (предложил его после усовершенствования микроскопа. Одновременно с созданием «Микрографии» Р. Гук работает в области механики, он экспериментально установил закон прямой пропорциональности перемещений приложенным силам.

Р. Гук подошел к формулировке закона тяготения и изучал цвета тонких пластинок раньше И. Ньютона. Он развил идею волновой природы света. Р. Гук разработал основные принципы кинетической теории газов. Он предложил принять за нуль градусов точку замерзания воды. Работая с Р. Бойлем, он построил «пневматическую машину», — «прабабушку паровой машины» изобретателя Джемса Уатта. Р.Гуку принадлежит конструкция сложного телескопа. В истории земли он отводил большую роль внутренним динамическим процессам, таким, как извержения и землетрясения.     Р. Гук был на редкость активным человеком. Он каждодневно испытывал острую потребность в общении с людьми самых различных положений и профессий. Он был завсегдатаем наиболее популярных лондонских кафе, в которых беседовал со знакомыми и незнакомыми людьми по самым разнообразным вопросам науки, техники и политики. На книжных аукционах он годами гонялся за излюбленными редкими книгами.  Он приходил на лондонские пристани в часы прибытия кораблей из далеких стран, чтобы в беседах с моряками и купцами из первых рук узнавать коммерческие и политические новости.

Между Ньютоном и Гуком существовала жестокая неприязнь, и даже вражда. (Гук был другом детства короля Англии Карла II, а Ньютон имел скромное происхождение и,  вполне вероятно, завидовал Гуку). Ньютон жил на 25 лет дольше Гука и значительную часть этого времени посвятил очернению памяти Гука и его наследия, а так как его авторитет в научном мире был непререкаем, то труды Гука некоторое время не имели последователей.После смерти Р. Гука президентом Общества был избран И. Ньютон, с которым Гук до конца своих дней был в глубокой ссоре. Причиной этого были неоднократные споры о приоритете на открытия и разногласия по некоторым важным научным вопросам. Став президентом Королевского общества, И. Ньютон не стремился сохранить для потомков память о Гуке. В результате оказался навсегда потерянным его портрет, имевшийся в Грешемском колледже, а также уничтожены многочисленные экспериментальные установки, созданные Гуком для проведения опытов на заседаниях Королевского общества.

Великий закон Гука, который постоянно звучит со страниц учебников по сопромату, это ли не лучший памятник великому ученому? Кстати, помимо механики, Гук был чрезвычайно талантлив и в других науках. Очень многое было исследовано в физике, астрономии.). Отличный механик, изобретающий и совершенствующий механизмы. Даже в строительстве принес свой вклад в планировку улиц Лондона.  В общем, талантлив во всем, за что брался. Э.Нда Коста Эндрейд, написавший большую биографию Р. Гука, закончил ее так: «Восхищайтесь Р. Гуком, он достоин Вашего восхищения».