Что открыл кулон в физике

Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) — выдающийся французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кручения нитей, установил ее законы.

Изобрел (1784) крутильные весы и открыл (1785) закон, названные его именем. Установил законы сухого трения. Экспериментальные исследования Кулона имели основополагающее значение для формирования учения об электричестве и магнетизме. Член Парижской академии наук.

Ш. Кулон достиг блестящих научных результатов. Закономерности внешнего трения, закон кручения упругих нитей, основной закон электростатики, закон взаимодействия магнитных полюсов — все это вошло в золотой фонд науки. «Кулоновское поле», «кулоновский потенциал», наконец, название единицы электрического заряда «кулон» прочно закрепились в физической терминологии.

Шарль Кулон родился 14 июня 1736, Ангулем. Скончался 23 августа 1806, в Париже.

Годы учебы

Отец Шарля, Анри Кулон, правительственный чиновник, вскоре после рождения сына переехал с семьей в Париж, где некоторое время занимал доходную должность по сбору налогов, но, пустившись в спекуляции, разорившие его, вернулся на родину, на юг Франции, в Монпелье. Шарль с матерью остался в Париже.

В конце 1740-х годов Шарля поместили в одну из лучших школ того времени для молодых людей дворянского происхождения — «Коллеж четырех наций», известный также как Коллеж Мазарини.

Уровень преподавания там был достаточно высок, в частности, большое внимание уделялось математике. Во всяком случае, юный Шарль Кулон настолько увлекся науками, что решительно воспротивился намерениям его матери избрать для него профессию медика, или, в крайнем случае, юриста. Конфликт стал настолько серьезен, что Шарль покинул Париж и переехал к отцу в Монпелье.

Военный инженер

В этом городе еще в 1706 г. было основано научное общество, второе после столичной академии. В феврале 1757 г. 21-летний Кулон прочитал там свою первую научную работу «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых» и вскоре был избран адъюнктом по классу математики.

Но это приносило лишь моральное удовлетворение, нужно было выбирать дальнейший путь. Посоветовавшись с отцом, Шарль избрал карьеру военного инженера. Научное общество Монпелье снабдило Кулона нужными рекомендациями, и после сдачи экзаменов (достаточно трудных, так что подготовка к ним потребовала девяти месяцев занятий с преподавателем) Шарль Кулон в феврале 1760 г. направился в Мезьер, в Военно-инженерную школу, одно из лучших высших технических учебных заведений того времени.

Обучение в школе велось с отчетливо выраженным практическим уклоном: кроме математики, физики и других «теоретических предметов», изучались многие чисто-прикладные дисциплины — от строительного дела и того, что теперь назвали бы «материаловедением», до вопросов организации труда (слушателям поручалось руководство бригадами крестьян, мобилизованных на общественные работы). Шарль Кулон окончил Школу в 1761.

Хотя отзыв о нем руководителя Школы выглядит местами отнюдь не восторженно («Его работа об осаде хуже средней, рисунки сделаны очень плохо, с подчистками и пометками. Кулон полагает, как и другие со сходным образом мыслей, что древесину для лафетов и повозок можно просто найти в лесу. »), он, вероятно, был среди лучших выпускников (отмечен денежной премией).

Первые 10 лет службы

Получив чин лейтенанта, Шарль Кулон был направлен в Брест, один из крупных портов на западном побережье Франции. В Бресте Кулону были поручены картографические работы, связанные с возведением и перестройкой укреплений на побережье. Но эта деятельность была довольно непродолжительной.

После возвращения на родину

Вернувшись во Францию, Шарль Кулон в 1772 г. получает назначение в Бушен. Условия работы здесь были несравненно более легкие, и появилась возможность вновь активно продолжить научную деятельность. Задачи, которые он решал, относятся к той области, которую назвали бы теперь строительной механикой и сопротивлением материалов. Уже в то время эта область привлекала большое внимание многих физиков и математиков. После возвращения на родину, Кулон, проведя еще довольно большое число новых исследований, послал свой мемуар в Парижскую академию наук, а затем зачитал его на двух заседаниях в марте и апреле 1773. Об этом труде весьма похвально отозвались два академика, которым было поручено его рецензирование (одного из них, Борда, Шарль Кулон впоследствии спасал в период якобинской диктатуры, пряча его в своем поместье). Для автора это было большой поддержкой.

Но вскоре Кулон увлекся новыми проблемами. В 1775 Парижская академия наук объявила конкурсную задачу: «Изыскание лучшего способа изготовления магнитных стрелок, их подвешивания и проверки совпадения их направления с направлением магнитного меридиана и, наконец, объяснение их регулярных суточных вариации».Что касается последней части задачи, ее решение в то время было явно недоступно (даже о самой причине существования магнитного поля Земли не только тогда, но даже и теперь известно не все!), но вот задача о наилучшем устройстве компаса и, в частности, подвеса магнитной стрелки была актуальна. Она увлекла Кулона.

О том, насколько эта задача была непроста, какую высокую точность требовалось обеспечивать, можно судить хотя бы по следующему факту: подвешенная на тонкой шелковой нити стрелка так чувствительно реагировала на все воздействия, что приходилось защищать ее не только от слабейших воздушных потоков, но даже и от приближения глаза наблюдателя (на стрелке и на теле человека всегда могут оказаться электрические заряды, и их взаимодействие может сказаться на силах).

Чтобы исключить это, Кулон решил заменить шелковые нити металлической проводящей электричество проволокой. Это был шаг, сыгравший в дальнейшем очень большую роль, когда Кулон изобрел и начал использовать крутильные весы. Но пока до этих работ было еще далеко.

В 1777 Шарль Кулон становится победителем конкурса, посвященного разработке прибора для исследования магнитного поля Земли, и тут же погружается в другую большую работу: в исследование трения. В 1779 (а затем, повторно, в 1781) академия объявила еще один конкурс, посвященный именно трению. Уже в 1780 Кулон представил в академию конкурсную работу «Теория простых машин», которая через год также была удостоена премии. Результаты этой работы базировались на многочисленных экспериментах Кулона, в которых исследовалось как трение между твердыми телами, так и трение в жидкостях и газах. Эти работы Кулон проводил уже в Лилле, куда он был переведен в начале 1780 г. Примерно через год исполнилось его давнишнее желание: произошел перевод в Париж, где 12 декабря 1781 он был избран в академики по классу механики.

В Париже

В столице на Шарля Кулона почти сразу же обрушилось множество дел, в том числе, и административных. Некоторые из них имели и политическую окраску, и одно из них даже закончилось для Кулона недельным заключением в тюрьму аббатства Сен-Жермен де Пре. Заседания в многочисленных комиссиях, в частности, в Комиссии по каналам в Бретани, оставляли мало времени для науки, и, тем не менее, Кулон представил в 1784 в академию свою работу, которую можно считать весьма важной: мемуар о кручении тонких металлических нитей, а 1785-89 гг. — серию мемуаров по электричеству и магнетизму.

Исследование кручения нитей может показаться имеющим лишь вспомогательное «техническое» значение, но без него были бы

невозможны дальнейшие количественные измерения силы взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов. Как и всегда, труд Шарля Кулона отличался глубиной и изобретательностью. Так, диаметр очень тонких нитей определялся Кулоном взвешиванием и измерением их длины. Многое из того, что вошло в классические исследования Кулона, можно теперь заметить и в трудах некоторых его предшественников. Так, крутильные весы использовал еще в 1773 выдающийся английский ученый Генри Кавендиш, но он не печатал своих трудов, они были опубликованы лишь столетие спустя.

Важным для решения всей проблемы моментом явилось то, что Кулон понял: нужно исследовать взаимодействие «точечных» заряженных тел, т.е. таких, расстояния между которыми значительно превосходит их размеры. Но и здесь Кулон не был первым. К такой же мысли пришел и англичанин Робайсон (1739-1805), который в результате тщательных опытов пришел к выводу, что сила электрического взаимодействия между телами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, но он сообщил о своих результатах лишь в 1801, значительно позже Кулона.

Впрочем, «закон обратных квадратов» уже давно казался многим почти очевидным. И дело здесь не только в гипнотизирующем примере закона всемирного тяготения великого Ньютона. Другой закон не позволил бы объяснить множество наблюдаемых фактов (например, почему внутри ящика с проводящими стенками, какой бы заряд на него ни помещался, никакое электрическое поле не ощущается).

Закон Кулона известен теперь, наверное, любому школьнику. Но вряд ли многим известно, какое искусство и наблюдательность пришлось проявить исследователю.

Шарль Кулон заметил попутно, что заряды довольно быстро «стекают» с тел, и правильно объяснил это тем, что воздух обладает некоторой проводимостью. Это обстоятельство осложняло эксперимент, но оно само стало важным открытием. Многие знают, что закон взаимодействия магнитных полюсов, также тщательно изученный Кулоном, внешне очень похож на закон взаимодействия электрических зарядов. Из-за этого электростатика и магнитостатика долго представлялись во всем подобными друг другу, если не считать того удивительного факта, что «магнитные заряды» противоположных знаков почему-то всегда встречаются попарно и никогда — по отдельности. Лишь после работ Ампера выяснилось, что магнитные поля постоянных магнитов обусловлены не тем, что они состоят из огромного числа маленьких магнитиков (как, заметим, полагал и Кулон), а электрическими токами, т.е. движением электрических зарядов.

Современную классическую (т.е. неквантовую) теорию электрических и магнитных явлений часто называют электродинамикой Фарадея и Максвелла. Конечно, в написании этой важнейшей главы физики почетное место занимают и многие другие замечательные ученые, и в числе первых здесь по праву должно быть упомянуто имя Шарля Кулона.
(В.И.Григорьев)

Факты

* Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

* Кулон установил, во-первых, что сила взаимодействия между точечными зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила будет силой отталкивания, если заряды одноименные, и силой притяжения, если заряды разноименные.
Во-вторых, Кулон ввел понятие количества электричества и определил, что сила взаимодействия между зарядами пропорциональна их величине.
В последующем, уже в XIX в. выяснилось, что магнитных зарядов не существует. Но законом Кулона для магнитов продолжали пользоваться, хотя ему уже придавали иной смысл, нежели тот, который вкладывал в него Кулон

* Кулону Наполеон присвоил генеральское звание и высокую должность Генерального инспектора. Последние годы жизни Кулон прожил в Париже, окруженный уважением и славой.

Источник

История науки: непростое украшение

О военном инженере, которого мы знаем как физика, о дворянине, которого мы знаем как простолюдина, и о мемуарах, которые не были воспоминаниями, Indicator.Ru рассказывает в рубрике «История науки».

Под балконом первого этажа Эйфелевой башни в Париже выбиты 72 имени выдающихся французских ученых и инженеров. Среди них, на юго-восточной стене, есть имя этого человека. Его именем также назван кратер на обратной стороне Луны. Этим же именем в системе СИ названа единица величины электрического заряда, а уж о законе Кулона помнят со времен школьной парты даже те, кто забыл, в чем этот закон заключается. В общении между собой физики часто используют его имя в нарицательном смысле, вместо слов «электрическое поле» они говорят «кулоновское поле» или просто «кулон». Поэтому, когда они говорят о голом кулоне, в этом нет ничего неприличного, это значит всего лишь, что в обсуждаемых расчетах учитывается только электромагнитное взаимодействие и никакое другое.

Портрет Шарля Огюстена Кулона

Французский ученый и инженер Шарль Огюстен де Кулон по праву считается одним из основоположников электростатики, но вот что интересно: из семидесяти лет отмеренной ему жизни экспериментальным исследованиям электричества и магнетизма он отдал всего лишь четыре года. На его счету масса других прорывных работ, вошедших впоследствии в золотой фонд науки. Среди них закономерности внешнего трения, закон кручения упругих нитей, он изобрел крутильные весы, которые обладали высокой чувствительностью, небывалой для условий восемнадцатого века… Но большинство из нас помнит его только за его работы по электричеству.

Он появился на свет 14 июня 1736 года на юго-западе Франции, в городе Ангулеме, откуда спустя несколько лет вместе с родителями переехал в Париж. От отца, Анри Кулона, бывшего в ту пору правительственным чиновником, он унаследовал фамилию, от матери, Катрин Баже, ведущей свое происхождение от знатного рода де Сенак, приставку «де». Эта приставка у Шарля так и не прижилась, в своих научных работах он подписывался просто Кулоном, да и фамилия его, выбитая на стене Эйфелевой башни, тоже лишена дворянской приставки.

Достигнув школьного возраста, Шарль был направлен в Коллеж четырех наций (он же Коллеж Мазарини), один из наиболее престижных в Париже. Вскоре отец его разорился на неудачных спекуляциях и вынужден был уехать к себе на родину, в Монпелье, где влиятельные родственники могли бы ему помочь. Мать не захотела уезжать и осталась в Париже вместе с детьми.

Историческое здание Коллежа четырех наций

Однако с матерью Шарль не ужился и вскоре уехал от нее к отцу, поскольку та мечтала о том, чтобы сын стал врачом, а он, всерьез увлекшись математикой, мечтал о карьере ученого. В Монпелье, благодаря родственникам отца, он был представлен Королевскому научному обществу города и в 1757 году прочел перед ними свою первую научную работу «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых». Доклад Кулона был одобрен, и он был принят в члены Общества.

За три года участия в работе Общества он увлекся астрономией, хотя при этом не забывал и про математику. Из пяти мемуаров (аналоги сегодняшних научных статей, которые в то время традиционно зачитывали перед обществом коллег), написанных им за это время, два были по математике, а три — по астрономии.

Но надо было задумываться о профессии, которая, в отличие от научных исследований, могла приносить средства на жизнь. Посоветовавшись с отцом, Шарль поступил в Мезьерскую школу военных инженеров. К чистой науке эта школа имела опосредованное отношение, и единственная польза в этом смысле была услышанная им там замечательная серия лекций по экспериментальной физике.

Целых двенадцать лет профессия военного инженера мотала его по стране и колониям, оставляя совсем немного времени для занятий наукой. Стоит отметить также обязательность и упорство Кулона, которые давали ему не только не манкировать служебными обязанностями, но и блестяще их выполнять, что обеспечивало нашему герою быстрое продвижение по службе. По-настоящему он стал заниматься наукой только после того, как, серьезно подорвав свое здоровье, вернулся во Францию. Там он завершил начатые на Мартинике исследования по статике зданий (часть из которых можно отнести к так нелюбимому студентами сопромату) и оформил их в очередной мемуар, который представил в Парижскую академию наук. Мемуар одобрили и сочли его достойным для публикации в Собрании работ иностранных ученых.

Настоящая научная жизнь началась для Кулона в 1774 году, когда его перевели в портовый город Шербур. Работа по ремонту фортификационных сооружений оставляла ему достаточно свободного времени для научных исследований, и Шарль занялся разработкой оптимального метода изготовления магнитных стрелок для точных измерений магнитного поля Земли: это была тема, заданная на объявленном Парижской академией наук конкурсе.

На конкурсе его мемуар занял первое место, но, пожалуй, наиболее интересным и важным для самой судьбы Кулона был дополнительный раздел, где анализировались механические свойства нитей, на которых подвешивались стрелки. Кулон привел там результаты своих экспериментов, в ходе которых нашел зависимость момента силы деформации кручения от угла закручивания нити и таких ее параметров, как длина и диаметр.

К этой теме он еще вернется года через три, а пока Кулон продолжил совмещать обязанности военного инженера и проведение научных исследований. Через некоторое время его заинтересовали механизмы неразгаданного в ту пору трения. В 1781 году он был избран в академию по классу механики и переехал в Париж. Именно в это время он провел цикл опытов, в которых изучил важнейшие особенности трения. Результатом этих опытов стала разработанная им практически полная механическая картина трения.

А затем он возвратился к проблемам кручения тонких, на этот раз металлических нитей и в результате изобрел крутильные весы. Эти весы можно было использовать для измерения малых сил различного происхождения, причем они обеспечивали чувствительность, немыслимую по тем временам.

Источник

• визитки установка дверей шаблоны →