杨氏模量 托马斯·杨：百科全书式科学家

杨氏模量的定义和物理含义

杨氏模量，描述的是物体的什么特性？ 关于形变


弹性形变 塑性形变 应力 应变 定义式

杨氏模量的定义式

F S FL Y L L SL
1

问题：两根材料相同、长短不同、粗细不同的金属丝， 杨氏模量是否相同？
光杠杆放大法原理

实验装置
托马斯· 杨：百科全书式科学家
英国物理学家 光的波动学说奠基人之一
多才多艺的大师



像托马斯· 杨这样的人，会让你感觉尽得上帝恩宠，他不仅在 物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，广到你觉 得以一个凡人的智慧如何可以抵达！光波学、声波学、流体 动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、 虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、 埃及学……这实在是一个庞大的目录，更何况，他对艺术还 颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会 制造天文器材，还研究了保险经济问题。这是一个将科学和 艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样 说：他生命中的每一天都没有虚度。 值得勾选的目录还有一条：托马斯· 杨擅长骑马，并且会耍杂 技走钢丝！ 如果冥冥中真有神在，我们不得不感叹，它是否是用骰子定 乾坤，决定将神力交付与谁？所有默默无闻的人们在仰视那 些“天赋异秉”的人类时，心中能作何感想呢！
漂亮的干涉条纹




杨热爱物理学，在行医之余，他也花了许多时间研究物理。 牛顿曾在其《光学》的论著中提出光是由微粒组成的，在之后 的近百年时间，人们对光学的认识几乎停滞不前，直到托马 斯· 杨的诞生，他成为开启光学真理的一把钥匙，为后来的研究 者指明了方向。 杨爱好乐器，几乎能演奏当时的所有乐器，这种才能与他对声 振动的深入研究是分不开的。光会不会也和声音一样，是一种 波？ 他从水波和声波的实验出发，大胆提出：在一定条件下，重叠 的波可以互相减弱，甚至抵消。 从1801年起，他担任皇家学院的教授期间，完成了干涉现象的 一系列杰出的研究工作。他做了著名的杨氏干涉实验。
实验原理

在光杠杆的仰俯角度 变化很小的情况下，有：
b b n n0 n tan sin L 2D 2D

杨氏模量
8LD ΔF Y 2 π d b Δn
2
天才儿童




1773年6月13日，托马斯· 杨出生于英国萨默塞特郡米尔弗 顿一个富裕的贵格会教徒家庭，是10个孩子中的老大，他 从小受到良好教育，天才禀赋自幼年起就大张旗鼓地显露 开来，是个不折不扣的神童。 杨2岁时学会阅读，对书籍表现出强烈的兴趣； 4岁能将英国诗人的佳作和拉丁文诗歌背得滚瓜烂熟； 不到6岁已经把圣经从头到尾看过两遍，还学会用拉丁文 造句； 9岁掌握车工工艺，能自己动手制作一些物理仪器；几年 后他学会微积分和制作显微镜与望远镜； 14岁之前，他已经掌握10多门语言，包括希腊语、意大 利语、法语等等，不仅能够熟练阅读，还能用这些语言做 读书笔记；之后，他又把学习扩大到了东方语言——希伯 来语、波斯语、阿拉伯语；他不仅阅读了大量的古典书籍， 在中学时期，就已经读完了牛顿的《原理》、拉瓦锡的 《化学纲要》以及其他一些科学著作，才智超群。
玩主




1814年，41岁的时候，杨对象形文字产生了兴趣。拿破仑远征埃及 时，发现了刻有两种文字的著名的罗塞达碑，这块碑后来被运到了伦 敦。罗塞达碑据说是公元前2世纪埃及为国王祭祀时所竖，上部有14 行象形文字，中部有32行世俗体文字，下部有54行古希腊文字。之前 已经有人研究过，但并未取得突破性进展。杨解读了中下部的86行字， 破译了王室成员13位中的9个人名，根据碑文中鸟和动物的朝向，发 现了象形文字符号的读法。 这大约是在1816年前后的事。当时杨对光学研究失去了信心，甚至有 人讥讽他为疯子，以致他十分沮丧。他便利用其丰富的语言学知识， 转向考古学研究。由于杨的这一成果，诞生了一门研究古埃及文明的 新学科。1829年托马斯· 杨去世时，人们在他的墓碑上刻上这样的文 字——“他最先破译了数千年来无人能解读的古埃及象形文字”。 晚年的杨已经成为举世闻名的学者，为大英百科全书撰写过40多位科 学家传记以及无数条目，包罗万象。同时他还为一家重要的保险公司 担任过统计检查官，并被任命为《航海天文历》的主持人，做了不少 工作以改进实用天文学和航海援助。 除了科学，他还热爱艺术，过着多姿多彩的生活：音乐、美术甚至杂 技一直滋养着他的生命。他经历旺盛的一生于1829年结束，终年56 岁。就在他去世前还在编写一本埃及字典。
杨氏模量


他还发现利用透明物质薄片同样可以观察到干涉现象，进而引 导他对牛顿环进行研究，他用自己创建的干涉原理解释牛顿早 在1675年发现的牛顿环现象：牛顿环的成因和薄膜的彩色。 第一个近似地测定了七种颜色的光的波长，从而完全确认了光 的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。 托马斯· 杨发表了《物理光学的实验和计算》一文，力图用他 自己发现的干涉现象解释衍射现象，以便把干涉和衍射联系起 来，文中还提出当光由光密媒质反射时，光的相位将改变半个 波长即所谓半波损失。 1817年，在得知阿拉果和菲涅耳共同进行偏振光干涉实验后， 于同年1月12日给阿拉果的信上提出了光是横波的假设。 1807年，托马斯· 杨出版了《自然哲学和机械技术讲义》2卷， 在这本内容丰富的教材中，除了叙述他的双缝干涉实验。他还 首先使用“能量”的概念代替“活力”，并第一个提出材料弹 性模量的定义，后人为了纪念他的贡献，把纵向弹性模量称为 杨氏模量。
与牛顿为敌



这个著名的实验如今已经进入中学物理课本：让通过一个小 针孔S0的一束光，再通过两个小针孔S1和S2，变成两束光。 这样的两束光来自同一光源，所以它们是相干的，结果表明， 在光屏上果然看见了明暗相间的干涉图样；后来，又以狭缝 代替针孔，进行了双缝实验，得到了更明亮的干涉条纹。 这一实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作，由于它的 重大意义，已作为物理学的经典实验之一流传于世。 然而，这个理论在当时并没有受到应有的重视，还被权威们 讥为“荒唐”和“不合逻辑”，这个自牛顿以来在物理光学 上最重要的研究成果，就这样被缺乏科学讨论气氛的守旧的 舆论压Байду номын сангаас了近20年。 杨并没有向权威低头，而是为此撰写了一篇论文，不过论文 无处发表，只好印成小册子，据说发行后“只印出了一本”。 杨在论文中勇敢地反击：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我 并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄 错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”
眼睛与颜色


在生理光学方面，他做出了一系列的贡献。 早在1793年（20岁时），他向皇家学会提交第一篇论文， 题为《视力的观察》，第一次发现人的眼睛晶状体的聚光 作用，提出人眼是靠调节眼球的晶状体的曲率，达到观察 不同距离的物体的观点。这一观点是他经过了大量的实验 分析得出的。它结束了长期来对人眼为什么能看到物体的 原因的争论，并因此于1794年被选为皇家学会会员。 他提出颜色的理论，即三原色原理，他认为一切色彩都可 以从红、绿、蓝三种原色的不同比例混合而成，这一原理， 已成为现代颜色理论的基础。
奇人杨




杨长大后，在职业的选择方面受到了叔父的影响(这位当医生 的叔父几年后去世，为杨留下了一笔巨大的遗产，包括房屋、 书籍、艺术收藏和1万英镑现款，这笔遗产使他后来在经济 上完全独立，能够把他所有的才华都发挥在需要的地方)。 19岁时，杨来到伦敦学习医学，和当时所有的欧洲学子一样， 他极力打入上流社会，经常拜访政治家伯克、画家雷诺兹以 及贵族社会的一些成员。1794年，杨21岁，由于研究了眼睛 的调节机理，他成为皇家学会会员。1795年，他来到德国的 格丁根大学学习医学，一年后便取得了博士学位。 他对医学的学习一直继续到1797年，当时在剑桥的伊曼纽尔 学院，同学们都称他为“奇人杨”，嘲弄之外还是能听出敬 畏之音。1799年完成学习的时候，他已经读完了一些著名数 学家关于振动弦的著作，并进行了深入钻研，提出了自己的 一些理论，不过后来他发现他所提出的理论已经有人提出过。 这是杨在理论研究领域初次展露才华。 值得一提的是，尽管父母送他进过不少名校，但杨还是把自 学当作最主要的学习手段。