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

КУЛОН (Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), 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.

Годы учебы

Его отец, Анри Кулон, правительственный чиновник, вскоре после рожде­ния Шарля 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 его поместили в одну из лучших школ того времени для молодых людей дворянского происхождения — «Колледж четырех наций», известный также как Колледж Мазарини. Уровень препода­вания там был достаточно высок, в частности, большое внимание уделялось математике. Во всяком случае, юный Шарль 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 велось там 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). Кулон окончил Школу в 1761 г.

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... Он 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. Меньше чем через два года Кулону пришлось экстренно включиться в ра­боты по возведению крепости на о. Мартиника в Вест-Индии для защиты его от англичан. Объявленный конкурс на проект укрепления выиграл опытный военный инженер де Рошмор, но этот проект вызвал большой спор, в кото­рый был вовлечен и Кулон. Хотя проект в целом и удалось отстоять, но в него пришлось внести значительные изменения; в частности, ассигнования были уменьшены более чем в два раза. Кулон, оставшийся фактическим руководи­телем строительства, под началом которого работало почти полторы тысячи человек, оказался перед лицом множества весьма сложных, и далеко не толь­ко технических задач. Условия работы были трудными, климат очень тяже­лым, людей не хватало, да и те, кто оставался, тяжело болели. Сам Кулон за восемь лет работы на острове тяжело болел восемь раз и впоследствии вер­нулся во Францию с сильно подорванным здоровьем. Приобретенный им большой опыт достался дорогой ценой.

После возвращения на родину

Вернувшись во Францию, 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 свои мемуары в Парижскую академию наук, а затем зачитал его на двух заседаниях в марте и апреле 1773 г. Об этом труде весьма похвально отозвались два акаде­мика, которым было поручено его рецензирование (одного из них, Борда, Ку­лон впоследствии спасал в период якобинской диктатуры, пряча его в своем поместье). Для автора это было большой поддержкой.

Но вскоре он увлекся новыми проблемами. В 1775 г. 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 вариаций». 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 г. Кулон становится победителем конкурса, посвя­щенного разработке прибора для исследования магнитного тюля Земли, и тут же погружается в другую большую работу: в исследование трения. В 1779 г. (а затем, повторно, в 1781 г.) академия объявила еще один конкурс, посвя­щенный именно трению. Уже в 1780 г. 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 г. он был избран в академики но классу механики.

В Париже

В столице на 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 Про. 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 г. в академию свою работу, которую мож­но считать весьма важной: мемуар о кручении тонких металлических нитей, а 1785-1789 гг. - серию мемуаров но 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 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 г. 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, j lo и здесь Кулон не был первым. К такой же мысли пришел и англичанин Робайсон (17391805), 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 г., 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.

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 — но отдельности. По мнению Кулона, посто­янные магниты состоят из огромного числа микроскопически маленьких маг­нитов. Эта предположение Кулона в его время не имело никакого эксперимен­тального или теоретического обоснования. После работ Ампера (1820 г.) до 1932 года стали считать, что магнитные поля постоянных магнитов обусловле­ны микроскопическими электрическими токами, текущими в молекулах (ато­мах). Современные представления о природе постоянных магнитов были пред­ложены немецким физиком Гайзенбергом и советским физиком Френкелем на основании квантовой механики и открытого к тому времени элементарного магнитного момента электронов — электронного спина. Современное учение о классических электромагнитных явлениях 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

  1. Джеймс трефил

    Документ
    Джеймс Трефил, профессор физики университета Джорджа Мэйсона (США) и один из наиболее известных на Западе популяризаторов науки. Автор более 30 научно-популярных книг.

Другие похожие документы..