174.烧在1666年9月的偷敦大火之后,虎克作出一个重建城市的模型和建书,因此偷教市的行政首长葫他担任测量师。他在这次重建工作中很积极,并設計过儿幢房屋。1678年,“弹性能”(DePotentiaRestitutiva或称“弹赞”OfSpring)这跑文出版了。它包含了虎克对于弹性体实龄的秸果。这是第一次刊行的讨到材料弹性的论文。文中在提到实验工作时,他設:“取一根长20,或30,或40叹长的金属森(图19)11将其上端和钉子系牢,他端系上一个彈簧秤以承受法礁:于是用一只两脚规最出自秤盘底面与地面間的距离,将該项距离記下,再将几个法碣加到秤上,最出金属絲的几个伸长量,将它仍記下来。最后比较該金属的几个伸长量,便可看到由法所造成的伸长量彼此間一一直存在着同样的比例”。虎克也描迹过用螺旋弹簧,用成圈的表弹簧,以及用“一端固定于水平位置、他端挂上重物使它向下弯曲的、既能考过去叉能弹国来的一根干燥本杆”的儿种实题。他不独讨论了这极根梁的境曲,而且研究了认向新難的变形,并作出了重要的設明:当弯曲时,在凸面上的舒雄被拉长了,而在凹面上的舒耀被压缩了。从这些实验里面,虎克得出如下的籍髓来:“很显然,在任何弹性体内的自然规律和定理是,物体使自己回到自然位置的力和功率始整与所多动的距离或空間成正比,无它的各部分是处于相互分离的稀蔬状态或其各部分是处于相互挤紧的紧密状态都是这样的。这类现象不仅在上迹各种物体中可以观测到,在其他多少带有弹性的物体上,例如:金属,木料、石块、干土、毛发、兽角、称、骨、筋肉、玻璃及同类物体中都可以观測出来。所应考虑的只是在物体被弯曲的各自的形状以及弯曲这些物体的方法是方便或不方便的调题。从这个原则出发,很容易算出各种弓以及古人所用的努炮的强度也很容易算出表弹簧的适宜强度同样也很容易説明一只弹赞或受拉想索的等时握动的原因,以及由这些物体的振动快到足以发出听得到的声普时会产生同一声的原因。由此也設明了为什么一根弹宝作用在一只表的摆输上能使共振动相等,无翁它們是鼓大的或较小的…由此也很容易造出一个不放置砖碼的科学研究用的释(philosophicalscale)来测歇任一物体的重量我所設舒的这种杯是用来测验物体对地心的引力,郎測验在距离地心更远的物体是否对地心不失去它們的些微能力或作用趋势"。罗伯特·虎克不单創立了力的大小与力所产生的变形之間的关系,而且作出了儿种能利用这一关系来解决群多很重要胃题的实验。这种力与变形間的钱性关系便称为虎克定律,在以后它被用作弹性力学进一步发展的基础。[1图19是从虎克的龄文中羽来的
第一章十七世杞中的材料力学za210(e)16BB.xoasiiss88?1j-(c)3SNoAOLSLSE(d)真(a)图19虎克作突验用的装函15.馬里沃特(Mariotte)黑里沃特(1620~1684)在迪容(Dijon,一一巴黎东南的一个地名,澤者注)度1过他一生中大部分的时間,他在那儿无当圣-愚了-骚斯-彪思(St.-Martin-Sous-Beaune)修道院的院长,他是法国科学院1666年第一批会中的一最,他将实验方法介貂到法国来为法国科学界出了很大的力。他的空气实验归秸为有名的
19b.熙壁沃特波义耳-馬里沃特定律,此定律説明了在温度不变的情况下,一定质最的气体其压力与休积的相乘积保持不变。在固体力学方面,里沃特創立了冲击定理,他利用悬挂在索上的小球来说明动量守值。他发明了冲击摆。黑里沃特在一篇流体运动的舱文里包括了他对弹性力学方面的研究。他台設群过通向凡尔塞宫的一条供水管榄,設計的粘果使他对于梁的抗弯强度发生了兴趣。利用木杆和玻璃杆做实验,他发现加利略理验所得的断裂被荷值过大,因之提出了他自己的湾曲理谕,在他的理淤中已将材料的弹性考患在内。他作了筋单拉伸试验。图20(21表示在他的木材拉伸試验中所朵用的装置方法。图205中表示抵的拉伸验。里沃特不独重靓材料的韬对强度,而且也重它的弹性,他发现在所有试验过的材料中,其伸长最与所加的力成正比。他说明当伸长最超过某一极限时材料便发生断裂。在他讨论悬臂梁的弯曲时(参看图G图20需里沃特所作的拉伸与弯曲赋验[1]这解输文在1686年周里沃特阳去世不久由悔日(M,deIaHira)将它出服。并参册馬里沃特第子第二港,1740,摊牙刊第二版。[2]图20是从馬沃特文集中取用的
20第一堂十七世中的材科力学20c),他首先考察支于O点处的一根杠杆AB(图20d)的本衡。在杠杆的左臂上,挂上三个等载荷G-H=I12磅,距离分别为AC=4呗,DC2眠,EO=1只。为了平衡它們,在BC=12叹处加上载荷F,必使F=7磅。假設将载荷F塔大销群,杠杆将绕O点旋搏。A,D及E各点的位移将与离C点的距离成正比,但加在那些点上的力仍等于12窃。现在考察同样的杠杆,但假定荷G,丑,I用三根同样的金属絲DI,GL,HM(图20e)来代替,金属薪的韬对强度等于12。、在計算使各金属森发生所裂的载荷R时,马里沃特观察到当金属称DI所受的力到达极限值12时,G工和丑M两根金属赫所受的力与各自的伸长量成比例,将分别为6磅及3磅,因之极限载荷R只为51/2磅,而不是和前迹情况中一样的7磅。马里沃特用同一一理来研究悬臂梁的弯曲(图20f)。假定在断裂时梁的右面一段桡D点旋尊,他的粘懿是:在其叙向舒罹中所受的力与其去D的距离成同样的比例,由此可見,在一根矩形梁的情况下,这些力的总和将等于S/2(郎梁的韬对强变只有一年受独力),而且它何对D的力短特是号人二学,式中儿为染的高145度。将此值与所加载荷L的力矩Lh列成等式,即可求出极限载荷为LaSh(a)37IL因此,将轩難的变形考虑进去,并且和加利略所做过的一一样,利用同一旋尊点D,I里沃特求出弯曲的极限载荷L与韬对强度S之比等于(h/3):1。这就説明了极限截荷只等于加利所算得的粘果之2/3。113接着馬里沃特进行了更进一步的分析,仍然引用上迹的矩形梁(图20力),他艰察到横截面下面部分ID的轩是压椭状态,而上面部分IA的舒難呈拉伸状态。1他朵用公式(a)来計算克服受拉籽維的抗力所需的载荷L,并将h/2代替h,得出Lr-Sh(b)67关于横截面下面部分ID的受压舒難,马里沃特假設受压时力的分布定律也和受拉的情况相同,而且极限强度也相同。因此,由受压舒罹形成的梁的强度其作用也1将等于L,如公式(b)所示。总强度则如上迹公式(a)所示。在马里沃特的分析中,我假看到他在弹性梁内所用的应力分布理是很适当的。他那关于轩難中应力分布的假設也是正确的,不过在計算对于I点的拉力力矩时,不仅要用/2代替(a)式中的h,而且也要用S/2代替式中的S。这个错使得馬里沃特不能对材料服从于虎克定律直到断裂为止的梁作出計算梁断裂的正确公式
215.馬黑沃特为了证明他的理,馬里沃特用直径为1/4时的木质圖杆作过实驗。由拉伸試得出韬对强度为S=330磅。将此杆作为长度L=4时的悬臂梁11来武龄,他S.S=4812,而由加利略理=55,但由公式(a)得出求出极限载荷L=6榜,得1号-32。 属里沃特企图解释他的实睑精果不能与公式(3)的計算粘果相符得出T.是由于“时間效应”之故。他说,受拉献件在载荷300磅作用下如果载荷作用时間很长,射裂口将裂开得更大。当他用玻璃杆重复实验后,禺里沃特再发现到用他的公式(a)算出的数值比加利略所得出的要精确得多。这位法国物理学家也督用两端支承的梁进行过验,他发現两端固定的梁所能负裁的中央载荷的极限值较之同样尺寸的筋支梁所负载的大出1倍。利用一系刻有趣的試验,需里沃特发现了在水馨压力作用下管子抵抗服裂的强度,为此目的,他用一个柱形桶AB(图21),桶上接速一一根垂直的长管子。将水注入管子和桶中去,使管中水面高度逐升高“,最后它能使桶服裂。用这样方法他断定了管壁所需厚度必须与内压力以及管的直經成正比。在处理方形板受均布荷的弯曲时,馬里沃特根据间样的H研究,正确地确定了如果厚度完全相同,板上总的极限载荷将图21腾沃特保持定值,而与板的大小无关。作服婴武验所用的圆柱形箱在这里我們可以看到馬里沃特大大地丰富了强性体的力学理。由于提出了考虑弹性变形的粘果,他改进了梁的弯曲理,并利用实验来校核他的假韶。他用实龄校正了加利咯关于“梁的强度随跨长而变更”这方面的一些秸。他研究了将梁的两端固定后对梁的强度的效应,并且得出管子服裂强度的公式。[1]影里沃特在他的翁文中提到这盐试验是在罗伯佛(IRoborval)和费琴斯(Huyghens)两位在据时做出来的。[2]注意公式(a)是从超形截面梁摊导出亲的,而离里沃特将它用到圆形截面梁。[3]在这些就验中,水头接近100叹