§8 Кулон
Ш. Кулон (1736–1806)
Вопрос о том, как взаимодействуют наэлектризованные тела, интересовал ученых издавна: эффект притяжения легких предметов натертым янтарем был известен еще в эпоху античности. Однако лишь после создания механики Ньютона этот вопрос приобрел определенность и была поставлена задача определения зависимости силы электростатического взаимодействия от расстояния. Понятно, что многие естествоиспытатели XVIII в., занимавшиеся проблемами электричества, задумывались об аналогии между электрическими силами и силами всемирного тяготения. На этой аналогии основывалось предположение о том, что «закон электрической силы» есть закон «обратных квадратов». Правда, доказать справедливость этого предположения оказалось не так просто. Это объяснялось, во-первых, особенностями явлений электростатики, отличающими их от эффектов тяготения, а во-вторых, относительно низким уровнем развития количественного физического эксперимента. Лишь в 1785 г. были представлены убедительные экспериментальные доказательства того, что сила, действующая между неподвижными «элементарными» (т. е. точечными) зарядами, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Честь обоснования этого закона принадлежит выдающемуся французскому инженеру и физику Кулону. Шарль Огюстен Кулон родился 14 июля 1736 г. во французском городе Ангулеме в семье чиновника. Он закончил военно-инженерную школу в Мезьере — одном из лучших высших технических учебных заведений того времени. После окончания учебы в течение ряда лет Кулон служил на Мартинике, где руководил строительством крупного форта. После возвращения на родину он продолжал исполнять обязанности офицера военноинженерного корпуса, однако постепенно все больше времени уделял научным исследованиям. Первая же научная работа Кулона, начатая еще на Мартинике, «О приложении правил максимумов и минимумов к некоторым проблемам статики, относящимся к архитектуре» принесла автору известность. Многие методы решения задач строительной механики, предложенные Кулоном, явились основой прогресса этой отрасли знаний в XVIII-XIX вв.
Кулон был одним из первых ученых, сочетавших в своих исследованиях
высокий уровень экспериментов с ориентацией на (Практические проблемы.
Ярким примером такого сочетания является работа Кулона, посвященная
внешнему (сухому) трению и составившая целую эпоху в изучении
этого сложного физического явления. На основе простых, но весьма
убедительных опытов ученый изучил зависимости силы трения покоя и
силы трения скольжения от множества факторов (нормального давления,
площади и длительности контакта тел, состояния их поверхностей,
относительной скорости движения и т.д.). Особенно важно подчеркнуть, что
опыты Кулона по сухому трению были полномасштабными, т. е.
проводились при условиях, близких к реализующимся на практике, что
позволяло использовать их результаты для решения технических задач.
Важнейшим результатом работы Кулона было подтверждение в широком
диапазоне нагрузок пропорциональности силы трения скольжения
За работу по внешнему трению в 1781 г. Кулон получил премию Парижской Академии наук. В этом же году он был избран членом этой академии и переехал в Париж. С этого времени научная работа становится в жизни Кулона основной. В 80-е годы Кулон провел исследование кручения тонких металлических нитей, на основе которого он построил знаменитые крутильные весы — прибор для измерения малых сил, обладавший уникальной для XVIII в. чувствительностью.
Крутильные весы стали основным прибором в цикле работ Кулона по электричеству и магнетизму (1785-1789). В этом цикле, состоявшем из семи мемуаров, были установлены важнейшие количественные закономерности электро- и магнитостатики.
Вследствие событий революции 1789 г. ученый был вынужден прервать исследования и покинуть Париж. После возвращения Кулона в столицу и избрания его членом Института Франции, заменившего Королевскую Академию, исследовательская деятельность ученого заметно ослабла, хотя им была выполнена важная работа по изучению вязкого трения. В последние годы жизни Кулон много занимался вопросами совершенствования народного образования во Франции. Умер Кулон в Париже 28 августа 1806 г.
Попытки экспериментального определения «закона электрической силы» предпринимались с середины XVIII в., однако до Кулона все они оказались неудачными, поскольку не проводилось различие между пондеромоторными силами, возникающими между заряженными телами произвольных размеров, и силами, действующими между «элементарными» (точечными) зарядами. Правда, английскому ученому Г. Кавендишу с помощью метода сферического конденсатора (около 1773 г.) удалось показать, что закон взаимодействия электрических зарядов есть действительно закон «обратных квадратов», однако результаты его исследований не были опубликованы и никак не повлияли на работу Кулона. Следует отметить, что метод Кавендиша не позволял ввести единицу электрического заряда. Метод Кулона, основанный на непосредственном анализе сил взаимодействия заряженных тел малых размеров, позволил это сделать, поэтому опыты французского ученого имели особое значение для развития науки об электричестве.