查尔斯·库伦。一位科学家的传记

查尔斯·奥古斯丁吊坠。一位科学家的传记

伟大科学家的传记

查尔斯吊坠 （1736 1806）。

法国物理学家和工程师查尔斯·库伦取得了辉煌的科学成果。外摩擦定律、弹性线扭转定律、静电基本定律、磁极相互作用定律——这一切都进入了科学的黄金基金。 “库仑场”、“库仑势”，最后，电荷单位的名称“库仑”在物理术语中根深蒂固。

查尔斯·奥古斯丁·库伦于 14 年 1736 月 XNUMX 日出生于法国西南部的昂古莱姆。他的父亲亨利·库伦（Henri Coulomb）曾一度试图从事军事生涯，但在儿子出生时已成为政府官员。 Angouleme 不是 Coulomb 家族的永久住所；查尔斯出生后不久，她搬到了巴黎。

查尔斯的母亲凯瑟琳·贝奇（Catherine Bage）来自塞纳克贵族家庭，她希望她的儿子成为一名医生。基于这个想法，她选择了查尔斯·奥古斯丁最初就读的一所教育机构——四国学院，又称马萨林学院。

库仑的进一步命运取决于他家人生活中发生的事件。 Henri Coulomb 显然在金融领域没有真正的能力，他破产了，开始投机，结果他被迫离开巴黎回到法国南部的蒙彼利埃的家乡。许多有影响力的亲戚住在那里，他们可以帮助失败的金融家。他的妻子不想跟随她的丈夫，与查尔斯和他的妹妹们一起留在了巴黎。然而，年轻的库伦并没有和他的母亲一起生活多久。他对数学的兴趣与日俱增，以至于他宣布决定成为一名科学家。母子之间的冲突导致查尔斯离开首都搬到了他在蒙彼利埃的父亲。

路易斯父亲的堂兄在蒙彼利埃担任要职，认识该市皇家科学学会的许多成员。不久，他将侄子查尔斯介绍给了社会。 1757 年 XNUMX 月，在皇家科学学会的一次会议上，一位年轻的数学爱好者阅读了他的第一部科学著作《平均比例曲线的几何草图》。由于这项工作得到了学会成员的认可，这位新手研究员很快就被选为数学课的助教。随后，库伦积极参与了学会的工作，并发表了另外五本回忆录——两本是数学的，三本是天文学的。他与蒙彼利埃学会的另一位成员德拉特的观察激发了他对天文学的兴趣。查尔斯参与了彗星和月食的观测，他以回忆录的形式展示了观测结果。库伦还对天文学的理论问题感兴趣：他的一部作品致力于确定子午线。

1760 年 XNUMX 月，查尔斯进入 Mézières 军事工程师学校。对他来说幸运的是，后来成为著名科学家的数学老师 Abbé Charles Bossu 在学校工作。由于对数学的兴趣，库伦在梅济耶尔学习期间与博苏关系密切，多年来与他保持着友好关系。

后来库伦在他的科学工作中派上用场的另一个重要知识来源是关于实验物理学的讲座，1760 年夏天，著名的法国博物学家阿贝·诺莱 (Abbé Nollet) 开始在学校阅读这些讲座。

1761年XNUMX月，查尔斯从学校毕业，被分配到法国西海岸的一个主要港口——布列斯特。然后他来到了马提尼克岛。在那里度过的八年里，他几次重病，但每次都回到公务上。这些疾病并没有被忽视。回到法国后，库伦再也感觉不到完全健康了。

尽管有这些困难，库伦还是很好地履行了职责。他在加尼尔山建造堡垒的成功以晋升为标志：1770 年 XNUMX 月，他获得了上尉军衔——当时可以认为这是一次非常迅速的晋升。很快，库仑又病重，最后报案，要求转往法国。

回国后，库伦被分配到布森。在这里，他完成了在西印度群岛服役期间开始的一项研究。尽管库仑以他特有的谦虚态度将自己称为“其他工人”，但事实上，他在第一部科学工作中提出的许多想法仍然被材料强度专家认为是基本的。

按照当时的传统，1773年春天，库仑将他的回忆录提交给了巴黎科学院。他在 1773 年 XNUMX 月和 XNUMX 月的两次学术会议上阅读了这本回忆录。这项工作得到了批准。尤其是博苏院士，他写道：“在这个谦虚的标题下，库仑先生可以说是拥抱了所有的建筑静力学……在他的整个研究中，我们注意到在选择物理假设时对无穷小分析和智慧的深入了解，如因此，我们认为这项工作完全值得科学院的认可，值得在外国科学家文集中发表。”

1774 年，库仑被转移到瑟堡大港。吊坠对这个任命很满意——他相信在港口城市，军事工程师可以找到他的知识和能力的最佳用途。在库伦服役至 1777 年的瑟堡，他修复了许多防御工事。这项工作留下了足够的空闲时间，这位年轻的科学家继续他的科学研究。库仑当时感兴趣的主要话题是开发一种制造磁针的最佳方法，以准确测量地球磁场。这个题目是在巴黎科学院宣布的一项竞赛中给出的。

1777 年比赛的两位获胜者同时宣布——瑞典科学家 van Schwinden，他已经为比赛提出了工作，还有库伦。然而，对于科学史来说，最令人感兴趣的并不是库仑回忆录中专门讨论磁针的章节，而是下一章分析挂箭头的线的机械性能。科学家进行了一系列实验，并确定了扭转变形力矩对螺纹的扭转角度及其参数：长度和直径的依赖关系的一般顺序。

丝线和头发在扭转方面的低弹性使得可以忽略弹性力的产生力矩，并假设磁针完全遵循磁偏角的变化。这种情况促使库仑研究圆柱形金属螺纹的扭转。 1784 年完成的著作《金属丝的扭力和弹性的理论和实验研究》对他的实验结果进行了总结。

当然，库仑绘制的变形图在许多特征上与现代图不同。然而，发生非弹性变形的一般原因 - 分子间相互作用力对分子间距离的复杂依赖性 - 由库仑正确地指出。 XNUMX 世纪的许多科学家都注意到了他对变形本质的深刻见解，其中包括著名的 T. Jung。

渐渐地，库仑越来越多地投入到科学工作中，尽管不能说他对自己作为军事工程师的职责漠不关心。 1777 年，库伦再次被转移，现在位于法国东部的萨林小镇。 1780 年初，他已经在里尔。库仑在任何地方都能找到进行科学研究的机会。

库伦在里尔的服役时间不长。他的梦想成真了——1781 年 30 月上半月，战争部长宣布将库伦转移到巴黎，在那里他将处理与臭名昭著的巴士底监狱要塞有关的工程问题。 12 月 1781 日，他被授予圣路易斯十字勋章。他与巴黎科学院有关的希望也是有道理的。 XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日，他被选入学院的机械班。搬到首都不仅意味着服务地点和职责范围的变化。这一事件导致库仑科学研究的主题发生了质的变化。

库仑进行了一系列实验，研究了摩擦现象的最重要特征。首先，他研究了静摩擦力对物体之间接触持续时间的依赖性。他发现在同名的身体中，例如“树-树”，接触的持续时间几乎没有影响。当相对的物体接触时，静摩擦系数会在几天内增加。库仑还注意到所谓的停滞现象：将接触中的物体从静止状态转变为相对运动状态所需的力远大于滑动摩擦力。

通过他的实验，库仑为研究滑动摩擦力对接触物体相对速度的依赖性奠定了基础。库仑的工作对实践的特殊意义在于，在进行实验时，他使用了接近现实生活中遇到的大载荷：它们的质量达到了 1000 公斤！库仑研究的这一特点导致了他的研究成果的长久使用——回忆录“简单机器理论”中包含的测量数据被工程师使用了近一个世纪。在理论领域，库仑的优点在于创造了一个相当完整的摩擦力学图。

十年后，他重新开始研究这个课题。 1790 年，他向学院提交了回忆录《论支撑点的摩擦》。在其中，科学家研究了旋转和摆动过程中发生的摩擦。

1784 年，库仑着手研究液体的内摩擦问题。多年后，这位科学家在 1800 年的工作中设法给出了他更完整的解决方案，该工作被称为“确定液体内聚力及其在非常缓慢的运动中的阻力定律的实验”。库伦特别仔细地探索了阻力对物体速度的依赖性。在他的实验中，身体的速度从每秒几分之一毫米到几厘米不等。结果，科学家得出结论，在非常低的速度下，阻力与速度成正比，在高速下，它与速度的平方成正比。

库仑在 1777 年的比赛中对细金属螺纹的扭转进行了研究，产生了一个重要的实际结果——创造了扭转平衡。该仪器可用于测量各种性质的小力，它提供了 XNUMX 世纪前所未有的灵敏度。

开发出最精确的物理设备后，库仑开始为其寻找有价值的应用。这位科学家开始研究电和磁问题。他的七本回忆录代表了 XNUMX 世纪罕见的研究计划的实施。

库仑在电学领域取得的最重要成果是建立了静电基本定律——静止点电荷相互作用定律。著名的“库仑定律”的实验证实是第一部和第二部回忆录的内容。在那里，科学家制定了电的基本定律：

“两个小球的排斥力，通过相同性质的电流带电，与球中心之间距离的平方成反比。”

在第三部回忆录中，库仑提请注意电荷泄漏现象。主要结果是建立了电荷随时间减少的指数定律。在接下来的系列中最短的回忆录之一，库仑谈到了物体之间电流分布的性质问题。他证明了“电流体按照它们的形式分布在所有物体中”。

第五和第六篇回忆录致力于定量分析相邻导电体之间的电荷分布，并确定这些导电体表面各个部分的电荷密度。

关于磁，库仑试图解决与电相同的问题。对永磁体实验的描述是第二部回忆录的重要组成部分，实际上是该系列的整个第七部回忆录。这位科学家设法捕捉到了磁性的一些特殊特征。然而，总体而言，库仑在磁学领域获得的结果的普遍性远低于电学定律的普遍性。

因此，库仑奠定了静电学和静磁学的基础。他获得了具有基础和应用重要性的实验结果。在物理学史上，他的扭力天平实验也非常重要，因为它们为物理学家提供了一种通过力学中使用的量来确定电荷单位的方法：力和距离，这使得对电学进行定量研究成为可能。现象。

1789 年，库仑的最后一本关于电和磁的回忆录被提交给了巴黎科学院。 1790 年 2240 月，库伦递交辞呈。次年 XNUMX 月，他的请求得到了批准，他开始领取每年 XNUMX 里弗的养老金，但几年后大幅减少。

到了1793年底，巴黎的政治局势更加恶化。因此，库伦决定离开巴黎。他和家人搬到了布卢瓦附近的庄园。这位科学家在这里度过了将近一年半的时间，逃离政治风暴。

库伦在村里一直住到 1795 年 XNUMX 月。 The return to Paris took place after the election of Coulomb as a permanent member of the department of experimental physics of the Institute of France - a new national academy.

库伦究竟是什么时候成为一个有家室的人尚不清楚。只知道科学家路易丝·弗朗索瓦（Louise Françoise）的妻子，nee Desormo，比他年轻得多。官方上说，他们的婚姻仅在 1802 年登记，尽管库伦的第一个儿子，以他的父亲查尔斯奥古斯丁的名字命名，出生于 1790 年。第二个儿子亨利·路易斯出生于 1797 年。

他将生命的最后几年致力于在法国组织一个新的教育体系。在全国各地旅行最终损害了科学家的健康。 1806 年夏天，他因身体无法承受的高烧而病倒。库伦于 23 年 1806 月 XNUMX 日在巴黎去世。

这位科学家给他的妻子和儿子留下了相当重要的遗产。作为对库伦记忆的尊重，他的两个儿子都被分配到了国有特权教育机构。

作者：萨明 D.K.

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