3 мая 1666 г. Роберт Гук сделал доклад в Королевском обществе. "Я намерен изложить систему мира,- говорил Гук,- весьма отличающуюся от всех до сих пор предложенных; она основывается на следующих трех положениях:
1. Все небесные тела не только обладают тяготением своих частей к их собственному общему центру, но притягиваются взаимно одно к другому внутри их сфер действия.
2. Все тела, совершая простое движение, будут продолжать двигаться по прямой линии, если только они не будут постоянно отклоняться от нее некоторой внешней силой, побуждающей их описывать окружность, эллипс или какую-либо иную кривую.
3. Это притяжение тем больше, чем тела ближе. Что же касается отношения, в котором эти силы уменьшаются с увеличением расстояния, то я сам не определил его, хотя и проделал с этой целью некоторые эксперименты. Предоставляю сделать это другим, у которых найдется для этой задачи достаточно времени и знаний".
Через восемь лет на эту тему вышла его работа под названием "Попытка доказательства годичного движения на основе наблюдения".
Таким образом, Гук в основном предвосхитил закон всемирного тяготения, открытый Исааком Ньютоном. Мало того, отношение между силой притяжения и расстоянием между телами, которое он советовал определить другим, было им фактически найдено. В письме Ньютону 6 января 1680 г. он пишет, правда, в качестве предположения, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами небесных тел.
Поэтому когда вышел из печати величайший труд И. Ньютона "Математические начала натуральной философии", началась печально известная тяжба Гука с Ньютоном за приоритет. В конце концов, Ньютон согласился однажды сослаться на Гука, и спор прекратился. Академик С. И. Вавилов в своей книге "Исаак Ньютон" писал: "Ньютон был, очевидно, не прав, скромные желания Гука имели полное основание. Написать "Начала" в XVII в. никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план "Начал" был впервые написан Гуком. Бесцельная борьба с Ньютоном за приоритет набросила тень на славное имя Гука, но истории пора, спустя почти три века, отдать должное каждому. Гук не мог идти прямой безукоризненной дорогой "Математических начал" Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уже не найти, он пришел туда же".
Это далеко не единственный случай споров Гука за свой приоритет. Его исследования были настолько разносторонни и многогранны, что неизбежно вторгались в сферы деятельности других ученых, работавших, как сказали бы сейчас, на самых передовых рубежах науки. Но крайняя неуравновешенность, неустойчивость увлечений приводили к тому, что, находясь у истоков больших открытий, Гук редко доводил дело до конца.
И только один закон по праву носит его имя и принадлежит ему вне всякой конкуренции. Это закон упругости материальных тел, известный под названием закона Гука. Суть его можно выразить в трех словах: "Деформация пропорциональна нагрузке", или, как записал Гук в своей криптограмме: "Каково удлинение, такова и сила". Этот закон был выведен Гуком в 1676 г. после проведения ряда экспериментов, а именно:
а) удлинения железной проволоки;
б) растяжения винтовой пружины;
в) сокращения спиральной часовой пружины;
г) изгиба балки, закрепленной одним концом и нагруженной на другом конце.
Убедившись во всех опытах в действии своего закона, Гук признал его всеобщим. В 1678 г. он писал: "Около двух лет тому назад я опубликовал, в конце моей книги "Описание гелиоскопов", теорию в виде следующей криптограммы: ceiiino-sssttu, то есть ut tensio sic vis. Это означает, что сила всякой пружины пропорциональна ее растяжению. То есть, если сила растянет или согнет пружину на некоторую величину, то две силы согнут ее вдвое больше, три силы согнут втрое больше, и так далее".
В том же 1678 г. вышла из печати работа Гука "О восстановительной способности или об упругости", содержащая описание ряда опытов с упругими телами,- первая книга по теории упругости.
"Совершенно очевидно, - пишет Гук, - что правило или закон природы для всякого упругого тела состоит в том, что его сила или способность восстанавливать свое естественное состояние всегда пропорциональна той мере, на которую оно выведено из этого естественного состояния, совершено ли это путем его растяжения, отделения его частей одна от другой или же путем сгущения или уплотнения этих частей". Другими словами, независимо от вида нагрузки - растяжения ("разрежение, отделение частей тела") или сжатия ("уплотнения этих частей") - изменение размеров тела пропорционально приложенной силе. Для проверки этого положения Гук предлагал к проволокам разных длин привешивать гири и измерять удлинение. Сравнивая изменения нескольких проволок в зависимости от приложенного к ним веса, можно убедиться, по словам Гука, "что они всегда будут относиться друг к другу как вызвавшие их нагрузки".
Гук проводил много опытов с металлическими пружинами и деревянными балками. Изготовив консольную балку из дерева, он измерял ее прогиб под действием в различных частях разных весов. При этом он пришел, например, к важному выводу о том, что на выпуклой поверхности балки волокна при изгибе растягиваются, а на вогнутой - сжимаются. Прошло очень много времени, пока инженерам стало ясно значение этого, как теперь представляется, очевидного свойства материала.
Итак, деформация пропорциональна нагрузке. И наоборот.
Если от пудовой гири проволока растянется на 2 мм, то от двухпудовой она растянется на 4 мм. Если деревянный брус от той же пудовой гири сожмется на 1 мм, то от двухпудовой - на 2 мм (соответственно от трехпудовой - на 3 мм и т. д.) (рис. 2).
Гук считал, что его закон действует всегда: при любых нагрузках и в любых материалах. И здесь, в полном соответствии со своим характером, он не довел исследование до конца и допустил неточности. Мы вернемся к этому позже. Современники его не опровергли.
Главное, был сделан очень важный шаг. Был найден основной закон сопротивления материалов. Рассуждения Леонардо и Галилея постепенно становились на научную основу, благодаря которой со временем они будут описаны математическими формулами.