Глава 6
Механика
Несмотря па свои многочисленные занятия и универсальные интересы, и в своих научных и практических занятиях, и в своих экспериментах Гук в основном был и продолжал оставаться механиком. На протяжении 60— 70-х годов он выработал свою картину мира, основанную на теории Декарта, но в которую он внес очень существенные коррективы.
В соответствии с учением Декарта мир наполнен непрерывной материей; пустоты в мире отсутствуют, но вся материя находится в состоянии вихревого движения.
“Вселенную Декарт подразделял на три различные области: первая включает в себя вихрь вокруг Солнца, вторая — вихри вокруг звезд, а все то, что находится вне этих двух областей, отнесено к третьей. Вихрь вокруг Солнца занимает особое положение, так как в нем расположена Земля.
Вместе со своим вихрем Земля движется по орбите вокруг Солнца, вращаясь вокруг своей оси, но в то же время ее можно считать неподвижной, так как она не меняет положения относительно прилегающих к ней частиц.
Исходя из теории вихрей, Декарт пытался разъяснить все явления, наблюдаемые на небе, в том числе пятна
на Солнце, появление новой звезды, кометы и т. п., а также выявить законы движения небесных светил”.По словам Уоллера (биографа Гука), Гук познакомился с учением Декарта еще в молодости. По всей видимости, он читал “Начала философии”, изданные в Амстердаме в 1644 г. Очевидно также влияние Бойля. Последний воспринял доктрину Декарта о существовании и движении эфира и в определенном отношении оказал влияние па Гука. Для Гука существование эфира было необходимой предпосылкой его идей в отношении гравитации, света, магнетизма и воздуха. Однако он отказался от теории вихревого движения эфира и заменил ее своей теорией колебательных процессов, которые, по Гуку, лежат в основе едва ли не всех физических явлений.
Итак, по мнению Гука, Вселенная состоит из вещества, движения и эфира, который есть не что иное, как весьма разреженная материя. Он называет двумя великими законами движения, составляющими форму и порядок Вселенной, свет и тяготение
2. Поясняются они чисто механическими причинами. Что касается декартовых вихрей, то их существование, по мысли Гука, противоречило эксперименту. В теорию вихрей не укладывалось существование и движение комет; она шла вразрез с формой Земли и небесных тел, и ей противоречило направление падения тяжелых тел. Гук утверждал, что в случае справедливости картезианских вихрей Земля должна была бы иметь не сферическую, а цилиндрическую форму и линии падения тел были бы направлены по нормали к ее оси. Однако опыт показывает, что направления всех этих линий пересекаются в одной точке — в центре Земли, и нельзя утверждать, что они лежат в параллельных плоскостях.Развивая теорию падения тел, мыслители XVII в. столкнулись с несколькими важными проблемами. Первой из них была оценка равномерно ускоренного движения. Второй являлось представление произведения массы и скорости (“момента”) в качестве движущей силы. Третью составляло определение того пути, который описывает падающее тело в своем падении к Земле.
Что касается первой проблемы, то ее решение, предложенное Галилеем и хорошо известное и широко дискутировавшееся на континенте, попало в Англию около середины века. В 1665 г. главные произведения Галилея были переведены на английский язык, и, так как Гук не был полностью убежден в справедливости закона Галилея о равномерно ускоренном движении, он решил, по своему обыкновению, проверить его.
Впервые он занялся этим вопросом в 1664 г., когда, по-видимому, только “слышал” о результатах Галилея. Летом этого года он доложил Королевскому обществу о своем эксперименте со свинцовым шаром: он изучал его падение с достаточно большой высоты и нашел, что с возрастанием времени падения шара в арифметической прогрессии расстояния растут в геометрической прогрессии.
В 1678 г. на одном из заседаний Общества Гук доложил об изобретенном им приспособлении для измерения океанских глубин. Это приспособление состояло из гири, подвешенной к контейнеру, заполнявшемуся водой до различных уровней, в зависимости от давления волн. Во время дискуссии, состоявшейся по этому вопросу, некоторые члены Общества заметили, что приспособление Гука не сработает, так как в соответствии с учением Галилея падение будет происходить с ускорением.
Гук утверждал, что все будет происходить не так и на глубине в 12 футов будет достигнута окончательная скорость и движение станет равномерным. Гук настаивал, что закон Галилея “был выведен теоретически, а не на основании эксперимента, так как эксперимент показал бы противоположное. И хотя в пустоте, без воды, воздуха или любой другой плотной среды эти соотношения оказались бы весьма близкими (к закону Галилея), но в среде, наполненной сопротивляющейся жидкостью, такого положения не будет, в особенности в тех случаях, когда имеется значительная близость удельного веса среды и опускающегося тела”. Он напомнил о проведенных им экспериментах с шариками из различных материалов, сброшенных с колокольни собора св. Павла. Оказалось при этом, что свинцовый шарик оставил позади деревянный и пробковый того же размера благодаря тому, что сопротивление воздуха оказало большее воздействие на дерево и пробку. Как указал Гук, для того, чтобы можно было экспериментально воспроизвести закон Галилея, следовало иметь очень плотное тело и очень тонкую среду. Опыт, проведенный в подобных условиях,— падение свинцового маленького шарика в воздухе — показал результаты, весьма близкие к найденным Галилеем. Кроме того, утверждал Гук, с увеличением объекта увеличивается и сопротивление, оказываемое на него средой: это можно наблюдать при полете птиц, а также при поломке весел, если ими очень резко ударять по воде. Далее, вне зависимости от того, какой бы тонкой ни была среда, раньше или позже будет достигнута окончательная скорость, различная для разных тел. После этого тело будет продвигаться на равные расстояния в разные времена, каким бы длительным падение ни было, если только гравитационные силы останутся теми же самыми
3. Следует отметить, что рассуждения Гука не противоречат идеям Галилея, который также указывал на сопротивление среды движению тел 4.Гук поставил перед собой цель экспериментально исследовать взаимоотношение между движущей силой и скоростью тел. В этом случае исходным для него являлось учение Декарта о движущей силе, которую Декарт измерял произведением массы на скорость. Сам Декарт заимствовал это определение у М. Мерсенна
5 и развил его во второй части своих “Принципов философии”. Гук считал решение этого вопроса очень полезным для механики, так как оно дало бы возможность определить силу, с которой одно движущееся тело действует па другое. Эту проблему поставил сам Гук и для ее разрешения запроектировал серию экспериментов.Первые эксперименты были выполнены в 1663 г. Для их проведения Гук построил прибор, состоящий из весов и набора маленьких гирь. На одну чашку весов он ронял гирю весом в 1 унцию (28,35 г), а на другую ставил последовательно гири различного веса. Он установил, что падение гири в 1 унцию с высоты 0,191 дюйма может двинуть максимально вес, равный 4 унциям. Падение той же гири с высоты 0,667 дюйма могло двинуть гири весом в 8 унций. Гук продолжал этот эксперимент с весами, равными 16, 32, 48, 64, 96 и 128 унциям. Затем он повторил ту же процедуру, исследуя падение гири весом в 4 унции. Он нашел в качестве общего вывода, что ему надо было учетверять высоту падения для того, чтобы удвоить скорость и двинуть двойной груз, помещенный на второй чашке весов. Иными словами, если вес
W, падающий с высоты d, мог двинуть вес W, то тот же самый вес W, падающий с высоты id (т. е., по Гуку, движущийся вдвое быстрее), мог двинуть груз 2W. Хотя он учитывал несовершенство своего прибора, все же считал, что сделанная им оценка справедлива и, “хотя она не отвечает нашим ожиданиям относительно точного определения силы движимого тела, все же, по-видимому, доказывает, что тело, движущееся с двойной скоростью, приобретает двойную силу и способно двинуть тело на столько же больше”, т. е. двойной тяжести6.Гук опять возвратился к этому вопросу в 1669 г., причем применил ту же самую методику эксперимента, но со значительно большими грузами и на больших высотах падения.
Гук не выразил найденного им закона в математической форме, однако из его рассуждений явствует, что для него этот закон уже не представлял никаких затруднений. Теоретически он не продвинулся дальше Галилея: его эксперименты находятся в полном согласии с рассуждениями последнего. Если обозначить начальную скорость
VB, а соответствующее расстояние Do и принять, что скорость возрастает в N раз и станет равной NV0, то соответствующее расстояние будет равно N2D0 и между скоростью и расстоянием можно установить следующее соотношение: NVo+^WDo.Однако Гук находит и логическое развитие этих рассуждений: он вводит дополнительно соотношение между скоростью и весом. Галилей игнорировал вес, так как рассматривал падение тел в безвоздушном пространстве и вес тела в этом случае не играл никакой роли. Однако для реального эксперимента вес был важен, и не безразлично, какой шарик падал, свинцовый или деревянный.
Это и хотел установить Гук, производя в 1669 г. вторую серию своих экспериментов. Он решил показать, что для удвоения скорости падающего тела необходим четырехкратный вес. С этой целью он ставит эксперименты с качаниями маятника и с истечением воды из сосуда. Гук нашел, что при постоянных времени и амплитуде маятник весом в 2,8 и 32 унции произведет 12, 14 и 48 колебаний соответственно. Он определил затем, что того, чтобы вода из сосуда вытекала в два раза быстрее, ее количество там должно быть в четыре раза больше. Правда, опыт с истечением воды не дал вполне удовлетворительных результатов: сосуд имел течь. Позже Гук
повторил его с лучшим результатом.Результаты этих экспериментов можно сформулировать следующим образом: обозначим вес тела, движущегося со скоростью
V, через W. Оно сможет двинуть другое тело весом W. Подставляя в предыдущей формуле вместо Do—Wo, получим соотношение NVo-^-N2Wo.Впоследствии Гук пытался развить свою идею, утверждая, что подобные соотношения существуют и в других областях естественных наук: иными словами, геометрическое возрастание одной величины является функцией арифметического возрастания другой. Так в кутлеровской лекции о лампах он заметил, что этой его формулировке соответствуют полет пуль и стрел, бросок пращи, качание маятника, вибрация струн и других тел, а также падение тел
7. Гук говорит по этому поводу: “Если некоторое тело движется с одной степенью скорости, то при определении количества силы это тело потребует в четыре раза больше силы для того, чтобы двигаться с удвоенной скоростью, и девятикратной силы, чтобы двигаться с утроенной скоростью, и при шестнадцатикратной силе — четырехкратная скорость и так далее”.Таким образом, в рассуждениях Гука “количеством силы” может быть или высота падения груза (как в экспериментах 1663 г.), или вес тела (как в 1669 г.). При этом или “количество силы” определяет скорость, или, наоборот, скорость определяет силу или момент импульса. Своим важнейшим результатом в этом направлении Гук считал утверждение, что, постоянно увеличивая скорость, можно так же постоянно увеличивать вес движимых тел.
Эти утверждения Гука находятся в противоречии с четвертым законом импульса, сформулированным Декартом в его “Началах философии”. Как явствует из контекста, Гук совершенно сознательно пришел к этому выводу, хотя и не сомневался в справедливости более общего третьего закона Декарта. В соответствии с четвертым законом Декарта, который, по мнению последнего, был всего лишь выводом из третьего закона, если С полностью находится в состоянии покоя и больше, чем В, то В никогда не сможет сдвинуть С вне зависимости от того, с какой скоростью ударяет по нему. А поскольку законы Декарта оказались ложными, то гуковское отрицание четвертого закона можно считать хотя и небольшим, но вкладом в механику.
Может возникнуть вопрос, в какой степени эксперименты Гука и его выводы повлияли на дальнейшее развитие механики, и в первую очередь на Ньютона и на его второй закон
{F — ma) или на его второе определение (P = mV). Поясняя свой второй закон, Ньютон утверждает: “Если какая-либо сила порождает движение, то двойная сила породит двойное движение, тройная сила породит тройное движепие, независимо от того, будет ли сила приложена и сразу или по частям и постепенно”.“Вспомним теперь последовательность времени между первой экспериментальной работой Гука относительно скорости и движущей силы и самыми ранними манускриптами Ньютона. Первая из указанных работ Гука, в которых он устанавливает (по крайней мере неявно) вышеупомянутые формулы, была выполнена в феврале 1663 г. Самые ранние
манускрипты Ньютона, состоящие из записных книжек или “лишних книжек”, в которых впервые возникли вопросы импульса и момента, датируются от конца 1664 г. Не мог ли Ньютон получить первый намек об этих величинах от Гука? Действительно, о Гуке нет упоминания в самых ранних известных записных книжках... хотя там имеется ссылка на “Начала философии” Декарта. Однако работа Гука была публично представлена Королевскому обществу. Было совершенно достаточно времени, в течение которого Ньютон мог получить соответствующую информацию” 8.Нет никакого доказательства, что рассуждения Гука оказали какое-либо влияние на Ньютона, однако такое предположение вполне возможно. И в определенной степени рассуждения Гука занимают промежуточное положение между теорией Декарта и вторым законом Ньютона.
Важным направлением творчества Гука является механика упругого тела, одним из основоположников которой он является. Его исследования в области механики были начаты, как уже говорилось, работами в области механики жидкости и газа. Эксперименты Гука и его выводы в этом направлении, отразившиеся в формулировке закона Бойля—Мариотта заставили его обратить свое внимание на твердое тело и поставить вопрос: пет ли какого-либо подобия в этом отношении менаду газами, жидкостями и твердыми телами? Сравнения такого типа и поиски аналогий были весьма характерны для исследовательского метода Гука.
Была и иная причина. С начала 60-х годов Гук, ставя эксперименты по усовершенствованию часовых механизмов, обратил особенное внимание на практику работы с пружинами, теорией которых, как он указывает, никто до него не занимался
9.Итак, Гук пришел к мысли о том, что абсолютно твердых тел не существует и каждое тело может быть сжато, иначе говоря, его объем может быть уменьшен. Он пришел далее к заключению, что если бы существовало полностью твердое тело, оно бы также полностью было лишено упругости.
В этом направлении Гук поставил два эксперимента. Первый должен был подтвердить его утверждение о том, что дерево не является идеально твердым телом. Для этого он подвесил три деревянных шарика с помощью шнуров равной длины в одной и той же вертикальной плоскости на равных расстояниях друг от друга. Он нашел, что если отклонить один из крайних шариков, то после того, как он будет отпущен и ударит по среднему шарику, этот удар будет передан второму крайнему шарику, который отклонится на такой же угол
, что и первый. Гук пришел к выводу, что дерево не является идеально твердым телом.Эксперимент был произведен в 1668 г. Двумя неделями позже на заседании Королевского общества Гук провел другой эксперимент, целью которого было показать, что степень упругости деревянного шарика будет пропорциональна степени упругости твердого тела, по которому ударял шарик. Однако, так как в его распоряжении не было прибора для измерения упругости твердых тел, опыт не принес желаемых результатов. Тогда же Гук предложил провести эксперименты с металлической пружиной, которую можно более точно контролировать для определения отношения между весом и напряжением.
К закону Гука. Из дневника Гука Иллюстрация закона Гука
В 1676 г. Гук опубликовал “Описание гелиоскопа и некоторых других инструментов”, в приложении к которому добавил “десяток из сотни изобретений, которые я намерен опубликовать, хотя, возможно, и не в таком порядке, а поскольку я получу возможность; большинство из которых, я надеюсь, будут весьма полезны человечеству, поскольку они до сих пор неизвестны и являются новыми”. Третье место в этом списке занимает “Справедливая теория упругости или гибкости и частные пояснения ее для различных предметов, в которых она обнаруживается, а также способ вычисления скорости тел, двигаемых ими ceiiinosssttuu”
10.Наконец, в кутлеровской лекции “De Potentia Restitu-tiva”, уже упоминавшейся выше, Гук пишет: “Около двух лет назад я напечатал эту теорию в виде анаграммы в конце моей книги... ut tensio sic vis; что значит, сила любой пружины находится в одинаковом отношении с напряжением. Иными словами, если одна сила растягивает или сгибает ее на одну длину, две согнут ее на два, а три согнут ее на три и так далее. Поскольку эта теория очень коротка, то и способ проверки ее весьма легкий” и. В первом опыте Гук описывает растяжение стальной, железной или латунной проволоки, которую он нагружает увеличивающимися грузами и измеряет ее удлинения. Затем он останавливается на эксперименте с часовой пружиной и с изгибом консольной балки: “То же самое будет найдено, если будет произведено испытание с куском сухого, дерева, которое будет сгибаться и восстанавливаться, если один его конец закрепить в горизонтальном положении, а на другом конце подвешивать груз, который сгибал бы его вниз”. И далее следует ссылка на опыты с откачиванием и сжиманием воздуха, которые были описаны в “Микрографии” и которые, по мнению Гука, основаны на том же принципе.
Гук прекрасно понимал ценность своей теории и те возможности, которые она открывает перед человечеством: “При помощи этого принципа легко можно будет подсчитать различные силы луков... будут ли они сделаны из дерева, стали, рога, из сухожилий или шнуров, а также катапульт или баллист, которыми пользовались древние; все это можно сделать однажды и вычислить соответствующие таблицы. Вскоре я покажу способ, как вычислять мощность, которую они имеют
при стрельбе или бросании стрел, пуль, камней, гранат и подобных им.Из этих же принципов будет легко вычислять силы пружины для механизма часов и соответственно приспособления механизма к пружине для того, чтобы он обеспечивал движение часов всегда с одинаковой силой”
12.Гук был первым ученым, глубоко понявшим сущность упругого тела. Он различает при этом в зависимости от направления действия нагрузки растяжение, сжатие и изгиб. Он указывает, что при изгибе тела волокна на выпуклой стороне будут удлиненными, а на вогнутой — укороченными; таким образом, у него есть неявное понимание нейтральной линии.
Гук не завершил своих исследований в этом направлении в цитированном мемуаре. Как и во всех других случаях, Гук “отрывается” от исследуемой темы, чтобы пе- , рейти к другой, более интересной для него в “данный” | момент. Но он неоднократно возвращался к своему прин- > ципу и постоянно искал для него новые практические применения. Он утверждал, в частности, что сопротивление, оказываемое жидкой или газообразной средой на движущееся через нее тело, увеличивается или уменьшается пропорционально величине скорости тела. По его мнению, тот же закон пропорциональности имел место и при воздействии одного упругого тела на другое: одна величина механического воздействия (толчок или тяга) вызовет одну степень движения (или изменения величины), две меры — две степени движения и т. д. Он указывает и на значение при этом материала: неявное понятие о модуле , упругости у него несомненно.
Но, будучи сторонником теории “всемирных и всепроникающих” колебательных процессов, той теории, которой Гук пытался (и не безуспешно) заменить декартовские вихри, он не мог оставить в стороне вибрацию, тем более что она была связана с одним из “дел его жизни” — созданием часов. Поэтому он пытается увязать результаты своих опытов с колебаниями пружин и выясняет, почему пружина, прикрепленная к балансу часов, уравнивает их колебания.
В особенности он стремился создать часы, пригодные для мореплавания и которые могли бы дать верные, независимые от погоды и от характера движения показания. В развитие своего принципа он пытался “обратить” растяжение пружины. Иными словами, он надеялся и здесь применить свой закон к сжатию пружины и найти возможность так закручивать часовую пружину, чтобы она, раскручиваясь в постоянном отношении, могла послужить основой для создания часов, на которые не влияла бы непогода, сырость, буря, изменения гравитационного поля. Если удлинения пружины прямо пропорциональны приложенному к ней растягивающему усилию, то, очевидно, восстанавливающая сила в закрученной пружине также будет находиться в линейной зависимости от ее раскручивания. Один конец раскручивающейся пружины продвигался бы на равные расстояния в равные времена. Так он нашел механическое воспроизведение изохронности.
В области практической механики результаты, полученные Гуком, были очень велики, но не все они связываются с его именем, тем более что он был куратором экспериментов Королевского общества и оформление какого-либо опыта, придуманного или заказанного кем-либо из членов Общества, не заносились на счет куратора. Но изобретательность его в этом отношении была велика и иногда заставляет вспомнить Леонардо да Винчи.
Гук был первым теоретиком зубчатого зацепления. Напомним, что и в XVII, и в XVIII вв. зубчатые колеса мельниц и других машин “общего применения” делались из дерева и имели самую примитивную форму, какую мог придать им достаточно квалифицированный плотник. Металлические колеса
применялись лишь в часах (и то не во всех) и в некоторых приборах. Изготовлялись они вручную.В 1666 г. Гук сформулировал свои принципы зубчатого зацепления. Они заключались в следующем: зубчатые колеса должны иметь как можно больше зубьев, но так, чтобы это не приводило к их ослаблению; силы, действующие на колеса и вращательные движения колес, должны оставаться постоянными; точка контакта двух колес (полюс зацепления) должна всегда находиться на линии, соединяющей центры колес; между зубьями не должно быть трения. Последнее требование является как бы предварением открытия французского математика Филиппа де Ла-гира (1640—1718), который в 1694 г. нашел ответ на четвертое требование Гука: профиль зубьев следует построить по эпициклоиде.
Существенную часть творчества Гука в области прикладной механики занимали изобретения механизмов для воспроизведения нужного ему движения и для преобразования одного типа движения в другое. Эта важная задача, в конце XVIII в. сформулированная Г. Монжем (1746—1818), на основе которой в XIX в. создали теорию механизмов, была решена Гуком практически: она явилась результатом многих экспериментов, поставленных им в Королевском обществе.
Несколько таких механизмов перечислены Гуком в его “Описании гелиоскопов”. Здесь описаны, в частности, механизм “для укорачивания отражательных и рефракционных телескопов”, “для ведения стрелок по шкале в любом ее положении”. Гук указывает на целый ряд применений этого механизма, важнейшую часть которого составляет универсальный шарнир, или, как он иначе называется, шарнир Гука. Этот тип шарнира давал возможность передавать вращательное движение между двумя осями, расположенными в различных плоскостях. Современный универсальный шарнир ведет свое происхождение именно от шарнира Гука, детально описанного изобретателем
13, а не от механизма Кардано, как иногда предполагают.
Универсальный шарнир Гука
Рассматривая механизмы Гука, становится очевидным, что он не выделял плоского движения и в разной степени пользовался плоскими и пространственными механизмами. Ряд механизмов был им изобретен для часов, над совершенствованием которых он работал всю свою жизнь.
Вот описание некоторых механизмов, предложенных Гуком, в извлечении из протоколов Королевского общества:
11 января 1682 г. Гук “показал новый инструмент (механизм), с помощью которого он описал некоторую кривую линию, которую можно было бы назвать обращенной параболой или параболической гиперболой, свойства которой заключаются в том, что оба ее конца уходят на бесконечность и она имеет две асимптоты. Если одну из асимптот наложить на ось параболы, то в этом случае линии, проведенные параллельно ей, пересекая параболу и кривую, причем касательные к кривой пересекают касательные к параболе под прямым углом”
14.18 января 1682 г. Гук “представил инструмент и показал способ точного вычерчивания спирали Архимеда, используя его новое свойство и что эта спираль может быть вычерчена с такой же легкостью и точностью, как может быть описан круг. При этом не только заданная архимедова спираль может быть разделена на любое число равных частей, но также можно построить прямую линию, равную длине окружности”
15.25 января 1682 г. Гук “показал новый метод описания параболы, который на плоскости в точности подобен описанию круга с помощью циркуля; как он доказал, этот метод является как геометрически, так и механически верным. С помощью этого метода он предположил создать точный прибор для выполнения формы вогнутой отражающей поверхности”.
18 февраля 1682 г. Гук “показал способ описания всех возможных эллипсов при помощи нового вида компаса, изобретенного им самим, в котором он использовал тот же самый механизм, с помощью которого он описывал параболу и спираль”
16.К сожалению, ни эллипсограф, ни другие механизмы, изобретенные Гуком для описания кривых линий, не сохранились. Можно лишь догадываться по подобию с некоторыми другими его механизмами, от которых остались изображения, что эта серия механизмов представляла собой шарнирные цепи.
Прибор с универсальной стрелкой
Пересматривая списки изобретений Гука, выполненных им на протяжении более ранних лет, также можно иайти описания целого ряда механизмов или только ссылки на них. Так, 3 июня 1669 г. Гук предъявил Королевскому обществу свой новый механизм для шлифовки эллиптических колес. В конце декабря — начале января 1669 г. он представил свой делительный механизм, предназначенный для деления угла на произвольное число мелких делений. Эту последнюю работу он затем продолжил. В январе 1682 г. он показал свою геометрическую и делительную машину, с помощью которой можно было описать винтовую линию любого вида на конусе, разделить любую заданную длину, даже чрезвычайно малых размеров, на заданное число равных частей, например дюйм на сто тысяч равных частей, причем это деление выполняется с чрезвычайной точностью и очень легко. По его мнению, такой механизм
был совершенно необходим для улучшения качества астрономических и географических инструментов.Выше уже упоминалось, что Гук неоднократно высказывался относительно возможности полета. Он усиленно изучал полет птиц и, по-видимому, работал над созданием летательного аппарата. 21 июля 1665 г. па заседании Королевского общества было заслушано сообщение Кристофера Рена, утверждавшего, что человек с помощью
крыльев, прикрепленных к его рукам, смог бы с “грузом, равным его двойному весу, подняться по паре сходней, поставленных под углом в 45°”. Гук заявил по этому поводу, что недостаточно было бы иметь теорию для перпендикулярного спуска вниз при помощи некоторой широкой площади (площади крыльев), ибо спуск площади крыльев, движущихся под углом к горизонту в воздухе, совершенно отличен от этого. По его мнению, при любом полете плоскость крыльев должна быть расположена под углом к направлению полета.Идея полета повлекла за собой еще одну мысль. Гук, очевидно, учитывал, что силы человека недостаточно для движения крыльями. В конце 1669 г. он начинает думать над проблемой мускулов. Еще при работе над “Микрографией” в процессе своих микроскопических исследований Гук изучил структуру мускулов животного. Теперь следующим этапом его рассуждений стала задача создания “механических мускулов”. Он поставил перед собой проблему: нельзя ли построить механические мускулы так, чтобы они могли бы без какого-либо дополнительного труда со стороны человека выполнять ту же самую работу, которую выполняют мускулы животного. Его модель представляла собой, в сущности, одно волокно: он предложил нагревать тело, наполненное воздухом, до расширения, а затем охлаждать до сжатия. Подобное движение тела, по его мнению, могло имитировать мускульные движения.
Это его предложение было зачитано на заседании Общества 3 февраля 1670 г. Некоторые из присутствующих членов Общества высказали сомнения в возможности по-" добного устройства. Их возражения сводились к следующему: каким образом осуществить попеременное нагревание и охлаждение тела, наполненного воздухом, где взять соответствующий агент и как обеспечить ту же быстроту сокращений мускульной ткани, которая наблюдается у животных? Гука попросили более детально исследовать этот вопрос. Не осталось никаких письменных сведений по этому поводу, хотя Гук неоднократно заявлял, что проблема полета человека им решена. В частности, 11 февраля 1676 г., возвратившись с заседания Королевского общества, где прослушал лекцию о мускулах крыльев птиц, он писал в дневнике: “Я много говорил по этому поводу. Объявил, что я знаю способ изготовления искусственных мускулов и как преодолеть силу двадцати человек, рассказал о моем способе полета пропеллеров
(vanes), испытанном в Уодхэме, рассказал о способе полета при помощи воздушных змеев, предложенном доктором Реном, о безуспешности для этой цели пороха и о том, какие опыты и приспособления сам я сделал для этого”.Таким образом, в механике, которую Гук понимал в очень широком смысле, как науку о движении вообще, он занимался вопросами механики жидкостей и газов, падения тел, механикой упругого тела, проблемами теории и практики колебательных процессов, а также многими вопросами механики микро- и макромира. С этим несомненно связаны и те вопросы теории гравитации, которыми он занимался на протяжении всей своей жизни и которые будут освещены в следующей главе. Нам следует теперь проанализировать некоторые вопросы теории движений, которые были затронуты им в его лекциях по теории света, прочитанных в 1680 г., в частности в четвертой лекции в мае 1681 г.
Гук рассматривает некоторые общие параметры движения. Он относит к ним количество движения, качество движения и силу. “Под количеством движения,— пишет Гук,— я понимаю только степень скорости, присущей в определенном количестве вещества.
Под качествами движения я понимаю его модификации в теле, простое оно или сложное, преломленное или отраженное, прямое или наклонное, и так далее.
Под силой я понимаю действие, или эффект, который она производит на другие тела, вибрируя или двигая их.
В рассмотрении каждой из них я постараюсь свести теорию к вычислениям и математической точности, без которых все иные пути являются всего лишь случайными Л догадками, что не дает определенных и доказательных ' выводов”
".Движение, производимое светящимися частицами, по утверждению Гука, имеет высокую степень быстроты. Звук также является результатом быстрого движения в распространяющей его среде. Доказательством этому может служить движение палки в воздухе. “Если мы двигаем ее медленно, мы не слышим звука, потому что движение так медленно, что частицы воздуха, которые были перед ней, легко продвигаются вокруг боков палки и замыкаются сзади ее. Таким образом, лишь те частицы воздуха получают движение, которые лежат вблизи палки, потому что только они получают такое циркуляционное движение, которое переносит их спереди назад... Однако если движение палки является таким быстрым, что частицы, находящиеся перед ней, пересиливают сопротивление окружающего воздуха, так что движение не отражается назад, но распространяется прямо вперед в воздух. Этим порождается звук и передается от палки во все стороны в мир (in Orbem). Итак, если вы делаете очень быстрое движение палкой в воздухе, вы сразу же слышите шум”
18.Далее Гук рассматривает нагревание металла, в качестве которого рекомендует взять брусок чистого золота или очищенного серебра. При нагревании брусок сначала не светится, но, нагретый до красного каления, он начинает испускать свет. Дальнейший нагрев дает все более яркий свет. Если затем прекратить нагревание и дать бруску охладиться, свет начнет ослабевать и при достижении определенной степени, свечение прекратится. “А тепло, как я докажу позже, есть не что иное, как внутреннее движение частиц тела, и чем теплее тело, тем интенсивнее частицы движутся. Однако частицы тел в зависимости от их большей величины требуют большей степени движения, чтобы они двигались с такой же степенью движения, что и меньшие частицы, что я докажу позже, когда перейду к формулировке законов и правил движения, передаваемого от тела к телу”
19.Распространение и передача движения, как утверждает Гук, происходит в беспредельной среде и через нее. “Это распространение передается во все стороны, и оно может быть обусловлено или пульсированием частиц тела относительно частей беспредельной среды, подобно тому, как камень, брошенпый в воду, производит волны движения, распространяющиеся кольцами, или выталкиванием части жидкой среды света, которая находится между твердыми частицами светящегося тела, подобно тому как вода, вспрыснутая в воду... вызовет появление таких же колец на поверхности воды. Представляется, что в некоторых случаях налицо первый тип, в иных случаях — другой”
20.Можно только пожалеть, что Гука мало читали: он видел далеко, иногда на сто, а иногда и на двести лет вперед. Он много думал над вопросами строения тел, стремился уменьшить количество принципов, на которых основана была его картина мира. Так, в своих лекциях о кометах он прямо указывает на два великих закона движения, которые составляют форму и порядок всего мира. “Первый из них — это закон света... то правильное распространение движения, которое, как я это ранее объяснил, мгновенно распространяется через всю материю...”
21. Вторым великим законом естественного движения, распространяющимся по всему свету, Гук назвал принцип гравитации.1
Матвиевская Г. П. Репе Декарт. М.: Наука, 1976, с. 100.
|
|
 |
