Рис. 4. Каждая из четырех колонн, поддерживающих 120-метровую башню собора в
Солсбери, заметно изогнута. Каменная кладка является намного более гибкой, чем
обычно думают.
Далее Гук пришел к важной мысли, воспринять которую некоторым трудно
даже сегодня. Он понял, что под действием нагрузки смещения, о которых
мы говорили выше, возникают не только во всякой конструкции, но и в самом
материале, из которого она сделана. Он "внутренне" растягивается или сжимается
в каждой своей части в соответствующей пропорции вплоть до очень малых
размеров - до молекулярных размеров, как мы знаем сегодня. Так, при деформации
ветки или стальной пружины, например при сгибании их, атомы и молекулы,
из которых состоит вещество, в зависимости от того, растянут или сжат материал
как целое, должны отодвинуться друг от друга или, наоборот, приблизиться
друг к другу.
Как мы также знаем сегодня, химические связи, соединяющие атомы один
с другим и удерживающие таким образом вместе части твердого тела, являются
очень прочными и жесткими. Так что, растягивая или сжимая материал как
целое, мы "растягиваем" или "сжимаем" многие миллионы прочных химических
связей. Но последние оказывают мощное сопротивление даже весьма малым деформациям,
что и создает требуемые большие силы противодействия (рис. 5).
Рис. 5. Упрощенная модель межатомных связей
в твердом теле при деформировании.
а - исходное недеформированное состояние;
б - при растяжении атомы удаляются друг
от друга;
в- при сжатии атомы сближаются.
Несмотря на то что Гук ничего не знал в деталях о химических связях
и не очень-то многое знал об атомах и молекулах, он хорошо понимал, что
в тонкой структуре вещества происходит нечто подобное, и вознамерился установить,
в чем состоит природа макроскопической связи между силами и смещениями
в твердых телах. Он проделал множество опытов с самыми разными, предметами
из самых разных материалов различной геометрической формы. Здесь были и
пружины, и куски проволоки, и балки. Последовательно подвешивая на них
грузы и измеряя возникающие смещения, Гук показал, что в любой конструкции
смещение обычно пропорционально нагрузке. Так, нагрузка в 100 кгс вызывает
смещение, вдвое больше, чем нагрузка в 50 кгс, и т. д.
Кроме того, в пределах возможной для измерений Гука точности, которая
не могла быть очень высокой, большинство твердых тел после снятия нагрузки,
вызывавшей смещения, восстанавливало свою первоначальную форму. Многократно
нагружая и разгружая такого типа конструкции, он установил, что после снятия
нагрузок остаточных изменений их формы не происходит. Такое поведение называется
упругим и является совершенно обычным. Слово "упругий" нередко ассоциируется
с бельевой резинкой или изделиями из эластика, но в равной мере оно применимо
и к стали, камню и кирпичу, к веществам биологического происхождения, таким,
как дерево, кость или сухожилие. Именно в этом более широком смысле его
обычно и употребляют инженеры. Между прочим, комариный писк порождает высокая
упругость "пружинок", управляющих крылышками комара.
В то же время форма некоторых твердых и "почти твердых" тел, таких,
как замазка, пластилин, полностью не восстанавливается, они остаются деформированными
и после снятия нагрузки. Такое поведение называется пластическим. Этот
термин относится не только к материалам вроде тех, которые идут на изготовление
пепельниц, но также и к глине, к мягким металлам. Свойствами пластичности
обладают, например, и сливочное масло, и овсяная каша, и патока. Многие
из тех материалов, которые Гук считал "упругими", при более точных современных
методах исследования таковыми не оказываются. но все же как широкое обобщение
выводы Гука остаются справедливыми, именно они легли в основу современной
теории упругости. Мысль о том, что большая часть материалов и конструкций
- не только детали механизмов, мосты и здания, но также и деревья, животные,
горы и скалы и "все сущее" вокруг - ведет себя подобно упругим пружинам,
сегодня может показаться довольно простой и, возможно, вполне очевидной,
однако, как видно из дневников Гука, такой прыжок по пути к истине стоил
ему больших умственных усилий и многих сомнений. Возможно, это один из
самых больших подвигов мысли в истории.
