Шарль Огюстен Кулон (280 лет со дня рождения) Текст научной статьи по специальности «История и археология»

Шарль Огюстен де Кулон (280 лет со дня рождения) # б, июнь 2016

DOI: 10.7463/0616.0842567

Самохин В. П.1*, Мещеринова К. В.1, Тихомирова Е.А.1

УДК 929

1МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

*

[email protected]

Шарль Кулон - выдаюгцийся французский инженер и физик - достиг блестящих научных результатов. Закономерности внешнего трения, законы кручения упругих нитей, электростатики, взаимодействия магнитных полюсов - все это вошло в золотой фонд науки. «Кулоновское поле», «Кулонов-ский потенциал», название единицы электрического заряда закрепились в терминологии. Художник И. Лекомте (фр. Hippolyte Lecomte; 17B1 - 1B57): портрет Шарля Кулона Я Детство и юность. Шарль Огюстен де Кулон (фр. Charles Augustin de Coulomb) родился 14 июня 1736 года в городе Ангулеме (фр. Angoulême), на юго-западе Франции. Отец Шарля, Анри Кулон (фр. Henry Coulomb), в свое время пытавшийся сделать военную карьеру, к моменту рождения сына стал правительственным чиновником. нгулем не был постоянным местом жительства семьи Кулонов, и вскоре после рождения сына она переехала в Париж.

Мать Шарля, урожденная Катрин Баже (фр. Catherine Bajet), происходила из знатного рода де Сенак (фр. de Sénac) и хотела, чтобы ее сын стал врачом. Исходя из итого замысла, она определила Шарля в Колледж четырех наций (фр. Collège des Quatre-Nations), ^ открытый по завещанию кардинала Мазарини в 1688 году. Это была одна из лучших школ того времени, где обучали

молодых людей дворянского происхождения риторике, математике, логике, классическим языкам и началам физики. В этом колледже одновременно обучались около тридцати мальчиков в возрасте от десяти до 15 лет. Впоследствии это здание занимал Институт Франции (Академия наук).

Особенностью Колледжа Мазарини был высокий уровень преподавания математики. В нём учились астроном Жозеф Делиль, математик, механик и философ-просветитель Жан Даламбер, химик Антуан Лавуазье, ставшие впоследствии знаменитыми учёными. Кулон заинтересовался математикой и одновременно с учёбой в Колледже Мазарини посещал лекции известного астронома и профессора физики Пьера Лемоннье, читавшиеся в Королевском колледже (фр. Collège royal, с 1870 года le Collège de France). [1]

Настольной книгой Кулона стала переведённая в 1751 году на французский язык книга голландского физика, члена Лондонского королевского общества, члена-корреспондента Парижской академии наук и члена Прусской академии наук Питера Мюссенбрука (нидерл. Pieter van Musschenbroek; 1692 - 1761) «Физика для обучающихся в академических учреждениях» (лат. Institutiones Physicae conscripta in usus academicos).

Питер Мюссенбрук известен прежде всего своими работами по электричеству. К числу наиболее известных его достижений принадлежит «лейденская банка» - первый конденсатор, изобретённый им в 1746 году. Среди других научных тем, которыми занимался Мюссенбрук, - теплота и оптика. Он провел первые опыты по тепловому расширению твёрдых тел, в 1731 году изобрел для этих целей пирометр, который позже использовал для определения температуры плавления ряда металлов. Мюссенбрук занимался также проблемой поглощения света различных цветов в воздухе и исследованием прочности строительных материалов. Он измерил прочности нескольких пород дерева, камней и металлов, доказав тем самым различные сопротивления материалов на растяжение и сжатие.

В 1753 году Питер Мюссенбрук был избран Почётным членом Санкт-Петербургской академии наук.

Дальнейшую судьбу Кулона определили события, которые произошли в жизни его семьи. нри Кулон в результате спекуляций разорился, вследствие чего был вынужден уехать из Парижа на родину в Монпелье (фр. Montpellier), на юг Франции. Там проживало много влиятельных родственников, которые смогли помочь Анри. Его супруга осталась в Париже вместе с Шарлем и его младшими сестрами. [1]

Юный Шарль Кулон настолько увлекся науками, что воспротивился намерениям матери избрать для него профессию медика, или, в крайнем случае, юриста. Конфликт стал настолько серьёз-

Й

ш

ным, что Шарль переехал к отцу в Монпелье, где двоюродный брат отца Луи занимал видное положение и знал многих членов «Королевского научного общества» города. Луи представил «Обществу» своего племянника Шарля. В феврале 1757 года 21-летний Кулон прочитал там свою первую работу «Геометрический очерк среднепропорциональных кривых» и вскоре был избран адъюнктом по классу математики. В дальнейшем Шарль Кулон принимал активное участие в работе «Общества» и представил ещё пять мемуаров - два по математике и три по астрономии.

Успехи молодого Кулона на научном поприще позволяли надеяться, что со временем он займёт достаточно высокое положение в Научном обществе Монпелье. Однако это не обеспечивало постоянного и надёжного источника средств к существованию. Посоветовавшись с отцом, Шарль избрал карьеру военного инженера. Научное общество Монпелье дало Кулону нужные рекомендации, и после сдачи экзаменов, подготовка к которым потребовала девяти месяцев занятий с преподавателем, Шарль Кулон в феврале 1760 года направился в Военно-инженерную школу города Мезьер (фр. Mézières) на северо-востоке Франции, одно из лучших высших технических учебных заведений того времени.

Мезьерская школа учреждена в 1748 году для подготовки военных инженеров и стала широко известной. Впоследствии она послужила прототипом для Парижской политехнической школы. Ежегодно принималось по 20 человек после строгих проверочных экзаменов по математике и механике. Обучение было 2-годичным и велось с отчетливо выраженным практическим уклоном: кроме математики, физики и других теоретических наук, изучались многие прикладные дисциплины - от строительного дела до организации труда (слушателям поручалось руководство бригадами крестьян на общественных работах). Важным источником знаний для дальнейшей работы Кулона стали лекции по экспериментальной физике, которые в 1760 году начал читать в Мезьерской школе французский естествоиспытатель, аббат и физик Жан-Антуан Нолле (фр. Jean Antoine Nollet; 1700 - 1770). Он происходил из полуграмотной крестьянской семьи, но настойчивость и стремление к знаниям помогли ему добиться в жизни больших успехов. Он стал членом Парижской академии наук, его приглашали в качестве эксперта по вопросам, связанным с физикой в другие страны. Лекции Нолле привлекали слушателей обилием опытов, которые он ставил при помощи им же разработанных приборов. В середине XIII века Нолле был одним из ведущих экспериментаторов Европы. Особое внимание учёный уделял электричеству. Дискуссии, которые он вёл по этой теме с Бенджамином Франклином [2], способствовали прогрессу электрических исследований.

Шарль Кулон окончил Мезьерскую школу в 1761 году, был премирован, как один из лучших выпускников, и получил чин старшего лейтенанта. Его направили в Брест, один из крупных портов на западном побережье Франции, где Кулон занимался картографическими работами, связанными с возведением и перестройкой укреплений на побережье.

Служба на Мартинике. В 1763 году Кулон получил назначение в заморские владения Франции в Карибском море, где ему пришлось экстренно включиться в работы по возведению крепости на острове Мартиника (фр. Martinique) для защиты от англичан.

Внешняя политика Франции во времена правления Людовика XV (1723 - 1774) отличалась войнами, не приносившие стране ни славы, ни практической выгоды и поэтому очень непопулярными у народа. Военные действия велись как в Европе, так и за ее пределами: на протяжении десятилетий Франция и Англия боролись за колониальное господство. Их эпизодами стали столкновения французов и англичан в Индии, Африке и Америке в течение так называемой Семилетней войны (1756 - 1763). Хотя сначала Франция одержала несколько побед на море, в целом эта война обернулась для нее катастрофой: французская армия была разбита в сражениях на европейском театре военных действий, Франция потеряла часть колониальных владений в Канаде, кроме того, было подорвано положение французских колоний на полуострове Индостан. В 1759 году военные действия начались в акватории Антильских островов. Англичане захватили острова Мартинику и Гваделупу, разрушив Форт-Рояль, административный центр Мартиники. Отвоевать острова французы не смогли, так как их флот был практически разгромлен. В 1763 году в результате мирных переговоров, на которые вынуждена была пойти Франция, в Париже был подписан унизительный для нее мирный договор. Согласно этому договору Франция теряла многие колониальные владения: колонии в Индии, всю Канаду и др. Однако заинтересованные в работорговле негоцианты крупных портовых городов Бордо, Гавра и Нанта настояли на возврате Франции Антильских островов. После возвращения Мартиники французами было решено построить на острове укрепления, которые защитили бы его от нападения англичан. Был объявлен конкурс на лучший проект таких работ, который выиграл подполковник Рошмор (фр. Rochemore). Он был назначен руководителем фортификационных работ на Антильских островах и в апреле 1763 года направлен туда во главе группы из десяти инженеров.

Рошмор приступил к подготовительным работам на Мартинике, ^ однако не прошло и полугода, как он послал в метрополию весьма пессимистичный доклад о состоянии дел. Непривычный для европейцев тропический климат и тяжелые условия работы вызвали повальные болезни в гарнизоне Мартиники. За полгода пребывания на Мартинике два инженера умерли от тропических болезней. Рошмор был вынужден просить не только замены умерших и больных, но и увеличения группы инженеров. В противном случае, по его мнению, важнейшая стратегическая задача по укреплению французских позиций на Антильских островах не могла быть решена. [1]

Возможно, что эти важные внешнеполитические события и не сказались бы на судьбе Кулона, если бы не случай. Перед отправкой на Мартинику внезапно заболел один из инженеров, направлявшихся на остров для возмещения потерь группы Рошмора. Кулон оказался единственным молодым инженером, которым можно было заменить больного. В феврале 1764 года Шарль ступил на борт военного корабля, отплывавшего к нтильским островам.

Прибыв на Мартинику, Кулон оказался в гуще событий, связанных с проектом Рошмора. Среди

представителей флота и армейских частей, расквартированных на Мартинике, а также руководителей французской колонии на острове зрело недовольство этим проектом. Военным он казался слишком масштабным, требующим непомерных средств и трудовых затрат. Колонисты же, требовавшие от правительства надежной защиты от нападения англичан, не желали тратить собственные средства на строительство укреплений. В связи с этим было решено устроить военный совет с участием представителей заинтересованных сторон и всех военных инженеров, находившихся на острове. Совет должен был решить вопрос о целесообразности реализации проекта Рошмора. Его проект строительства нового форта Бурбон (фр. du Fort Bourbon) Я вызвал большой спор, в который был вовлечен и Кулон. Хотя проект в целом и удалось отстоять, ассигнования на него были урезаны более чем вдвое. Кулон, ставший фактическим руководителем строительства, под началом которого работало почти полторы тысячи человек, оказался перед лицом множества весьма сложных и не только технических задач. Условия работы были трудными, людей не хватало, да и те, кто оставался, тяжело болели. Не обходили болезни и Кулона. Он несколько раз серьезно болел, но каждый раз возвращался к исполнению служебных обязанностей.

Успехи Кулона в деле строительства были отмечены повышением в чине: в марте 1770 года он получил чин капитана, что по тем временам считалось быстрым продвижением по службе. В 1770 году сооружение Форт-Бурбона находилось в стадии завершения. В это время Кулон вновь серьезно заболел и вскоре подал рапорт с прошением о переводе во Францию. В июне 1772 года ему было разрешено вернуться на родину, но его болезни не прошли бесследно. После возвращения во Францию Кулон уже не мог считаться совершенно здоровым человеком.

Много лет спустя, оценивая годы, проведенные в заморской колонии, с точки зрения формирования его как исследователя, Кулон писал: «В течение восьми лет я (почти всегда один) отвечал за строительство Форт-Бурбона и за работу 1200 человек и в это время часто оказывался в ситуации, когда обнаруживал, до какой степени теории, основанные на гипотезах или экспериментах, проведенных в миниатюре, оказываются неудовлетворительными ориентирами на практике. Я посвятил свою жизнь всем видам исследований, которые могут быть использованы в работах, предпринимаемых офицерами инженерных войск».

Таким образом, служба на Мартинике дала Кулону бесценный опыт инженера-практика и опыт проведения строительных работ такого масштаба, какие вряд ли были бы ему поручены, если бы он остался служить во Франции. Как следует из слов Кулона, именно на Мартинике определилось направление его дальнейших исследований, отношение к стилю и результатам современной ему фундаментальной науки. Наконец, самостоятельная инженерная деятельность способствовала формированию идеи Кулона о применении методов высшей математики к решению практических задач строительной механики, идеи, которая была реализована в его первой научной работе.

Первая научная работа. В 1772 году Кулон получил назначение в город Бушен (фр. Bouchain). В момент его прибытия к новому месту службы там не велось никаких инженерных работ, и он получил досуг, которого раньше так не хватало. Однако привычка к постоянной работе помогла Кулону быстро завершить исследование, начатое еще во время службы на Мартинике. Его первые эксперименты и теоретические изыскания там были непосредственно связаны с практической деятельностью, которой ему приходилось там заниматься, - со строительством. Это стремление перейти от решения частных практических задач к научным обобщениям стало впоследствии одной из важнейших особенностей творчества Кулона. На Мартинике молодой офицер инженерного корпуса проводил опыты в области, известной теперь как «сопротивление материалов». Расчеты сооружений и механизмов, анализ распределения нагрузок в их частях и деталях, проблемы создания наиболее устойчивых конструкций и т. д. - все эти вопросы очень интересовали Кулона.

К середине XVIII века теория сопротивления материалов еще не была сложившейся областью науки. С вопросами прочности и связанными с ними проблемами определения размеров сооружений строители сталкивались с древнейших времен. Без знания элементарных правил статики было бы невозможно строительство таких грандиозных сооружений, как египетские пирамиды и обелиски, греческие храмы, римские мосты и акведуки. Некоторые элементы теории, использовавшиеся на практике, были развиты греческими учеными. Так, великий Архимед (ок. 287-212 годов до н. э.) рассмотрел условия равновесия рычага, а также разрабатывал методы определения центра тяжести тел. Однако на протяжении многих веков отдельные факты и закономерности, относящиеся к сопротивлению материалов, не были приведены в систему, не делалось попыток их обобщения, и знания в этой области приобретались лишь в процессе практической деятельности строителей.

В эпоху Возрождения, характеризовавшуюся общим подъемом культуры, оживлением научных исследований и прогрессом техники, положение стало меняться. Например, выдающийся итальянский художник и естествоиспытатель Леонардо да Винчи (1452 - 1519) рассматривал задачи о равновесии сооружений, о прочности металлических проволок, изучал сопротивление балок изгибу и т.п. Но результаты Леонардо нашли отражение лишь на страницах его записных книжек и не получили распространения среди современников.

Первым, кто попытался создать логически стройную систему анализа напряжений и тем самым заложить основы общей теории расчета различных сооружений и механизмов, был выдающийся итальянский ученый Галилео Галилей (1564 - 1642). В 1638 году вышла в свет его знаменитая книга «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению». Первые две беседы книги почти полностью посвящены механике материалов. В них изучается вопрос о нагрузках, которые могут выдержать цилиндр, испытывающий растяжение, и балка прямоугольного сечения, заделанная одним концом в стену, т. е. используемая как консоль и испытывающая деформацию изгиба, балка, лежащая на двух опорах, и другие проблемы.

После Галилея наиболее значительный вклад в изучение упругих свойств и прочности материалов внесли англичанин Роберт Гук (англ. Robert Hooke; 1635 - 1703) и француз Эдм Мариотт (фр. Edme Mariotte; 1620 - 1684). Гук, исследуя деформации тел, установил закон упругости, названный впоследствии его именем, а Мариотт продолжил исследования Галилея.

Конец XVII века в истории науки ознаменовался двумя важнейшими событиями - разработкой основ механики (И. Ньютон) и созданием дифференциального и интегрального исчисления (И. Ньютон, Г. Лейбниц и др.). Оба события сыграли важную роль в прогрессе теории упругости. Для решения задач этой теории стали применяться аналитические методы, что позволило получить важные результаты (братья Бернулли, Л. Эйлер и др.). Однако в инженерную практику достижения теоретиков входили очень медленно. Это объяснялось как сложностью нового математического аппарата, использовавшегося теоретиками, так и отличиями результатов расчетов по формулам от реальной инженерной практики.

В годы, предшествующие началу работы Кулона в области строительной механики, наибольшее распространение среди инженеров-практиков имела книга французского инженера Бернара де

Белидора (фр. Bernard de Belidor; 1697 - 1761) «Инженерная наука». Кулон, получивший хорошее математическое образование, был знаком с трудами Белидора. Он внимательно изучил также сочинение своего учителя по Военно-инженерной школе в Мезьере профессора Шарля Боссю (фр. Charles Bossut; 1730 - 1814) «Наивыгоднейшее возведение плотин». Таким образом, приступая к службе на Мартинике, Кулон был в курсе наиболее актуальных инженерных проблем своего времени. Его экспериментальные и теоретические изыскания были обобщены в работе «О применении правил максимумов и минимумов к некоторым вопросам статики, имеющим отношение к архитектуре». Во введении к ней Кулон написал: «Этот мемуар, написанный мною несколько лет назад, предназначался в первую очередь для личного пользования в работе, которую мне приходится выполнять в соответствии со своей профессией. Если я отваживаюсь теперь представить его академии, то только потому, что эта последняя приветствует и самые скромные старания, если они направлены на полезные цели. Кроме того, наука - это монумент, воздвигаемый ради блага общества. Каждый гражданин должен внести в него что-нибудь сообразно своим талантам. В то время как великие люди поднимаются к вершине здания, где они получают возможность размечать и строить верхние этажи, остальным работникам, рассеянным по нижним этажам или же скрытым во тьме подвалов, нужно стремиться отделать то, что уже создано более умелыми руками».

Хотя Кулон с присущей ему скромностью относил себя к "остальным работникам", многие идеи, сформулированные им в первой научной работе, до сих пор считаются основополагающими. В ней исследованы четыре вопроса: первый связан с проблемой прочности материалов, второй касается теории изгиба балок, третий - расчетам давления земли на подпорные стены и четвертый - теории расчета арок (сводов). По традиции того времени Кулон представил свой мемуар в Парижскую академию наук, которая принимала к рассмотрению и работы авторов, не входивших в ее состав.

Работа была доложена на заседаниях Академии в марте-апреле 1773 года и была воспринята с одобрением. Окончательное суждение о ее достоинствах было поручено двум академикам, работавшим в смежных областях и хорошо знавшим Кулона - Шарлю Боссю и Жану Борда (фр. Jean-Charles de Borda; 1733 - 1799). Первый был учителем Кулона в Мезьере, а второй, как и Кулон, - выпускником Мезьерской школы, познакомившимся с Кулоном во время его службы в Бресте.

На протяжении многих последующих лет научные и жизненные пути Кулона и Борда пересекались. У них было много общих друзей, да и между собой они были достаточно близки (в период якобинской диктатуры Борда скрывался в поместье Кулона). Оба академика высоко отозвались о работе начинающего исследователя. Боссю, в частности, писал: «... мсье Кулон охватил всю архитектурную статику... Всюду в его исследовании мы отмечаем глубокое знание анализа бесконечно малых и мудрость в выборе физических гипотез, а также в их

Рисунки К Я ^ из мемуара Кулона применении. Поэтому мы полагаем, что эта работа вполне заслуживает

одобрение Академии и достойна публикации в Собрании иностранных ученых».

Это стало большой поддержкой для Кулона. Он попал в поле зрения Академии

и в 1774 году стал корреспондентом академика Боссю.

Для Кулона статус корреспондента Боссю означал возможность представления своих работ в кадемию и вселял надежду на возможность быть избранным в ее состав, что в значительной степени облегчило бы ему проведение научных исследований. Но до избрания в кадемию ему еще оставалось 6 лет, в течение которых он нес службу как военный инженер.

Служба на родине. Служба Кулона в Бушене была недолгой. В 1774 году его перевели в крупный порт Шербур (фр. Cherbourg) на северо-западе Франции, где Кулон служил до 1777 года, занимаясь ремонтом ряда фортификационных сооружений. Эта работа оставляла достаточно большой досуг, и Кулон продолжил свои научные исследования. Основной темой, которой интересовался в это время Кулон, была разработка оптимального метода изготовления магнитных стрелок для точных измерений магнитного поля Земли. Эта тема, очень далекая от предмета его первой научной работы, привлекла молодого исследователя, поскольку, с одной стороны, имела очевидную практическую направленность, а с другой - была задана на конкурсе, объявленном Парижской академией наук.

Конкурсы, посвященные актуальным проблемам науки и техники, во второй половине XVIII века стали в Парижской академии наук традицией. Они объявлялись ежегодно с 1720 года. Премии победителям конкурсов выплачивались из средств, завещанных Академии советником Парижского парламента Руйе де Месле (фр. Rouille de Meslay). Постепенно конкурсы Парижской академии наук превратились в международные соревнования ученых и изобретателей. Они сохраняли свое значение и в XIX веке.

История первого конкурса, в котором Кулон решил принять участие, такова. В 1775 году Академия объявила в качестве конкурсной 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». Тема эта представлялась во второй половине XVIII века актуальной по многим причинам. Компас, ставший известным в Европе с XII века, использовался в практике навигации, основываясь лишь на фактах, известных из практического опыта. Компас привлек внимание ученых, и его свойства стали тщательно исследоваться. Одновременно возникла проблема объяснения действия Земли на магнитную стрелку.

Важной вехой в изучении этой проблемы стала книга английского физика и естествоиспытателя Уильяма Гильберта (англ. William Gilbert: 1544 - 1603) «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле», вышедшая в Лондоне в 1600 году. Гильберт показал, что действие Земли на магнитную стрелку похоже на действие, которое оказывает на эту стрелку намагниченный шар. Постепенно выяснилось, что вид магнитного поля Земли сложен. Было установлено, что магнитные полюса Земли не совпадают с географическими, и плоскость магнитного меридиана ориентирована под некоторым углом к плоскости географического меридиана (этот угол получил название угла магнитного склонения). Были обнаружены и аномалии магнитного поля Земли, а нужды навигации требовали уточнения данных о поведении магнитной стрелки в различных точках Земли.

В 1701 году выдающийся английский астроном Эдмонд Галлей Я (англ. Edmond Halley; 1656 - 1742) опубликовал первую магнитную карту, при составлении которой он использовал наблюдения моряков.

Во второй половине XVII века в ряде стран уже начали вести систематические наблюдения за магнитным полем Земли. По мере усовершенствования методов наблюдений было обнаружено, что действие Земли на магнитную стрелку подвержено временным изменениям, причем наиболее интенсивные изменения были связаны с атмосферными процессами (полярные сияния). Кроме того, обнаружилось, что ориентация стрелки испытывает регулярные периодические возмущения. В частности, были отмечены небольшие суточные колебания магнитного склонения. Исследование этих колебаний могло пролить свет на природу магнетизма в целом, поэтому их измерения считались учеными второй половины XVIII века важной физической задачей.

Решение этой задачи осложнялось тем, что для измерения суточных вариаций магнитного склонения обычные компасы не годились. В навигационной практике использовали компасы, стрелки которых опирались на острие, что обеспечивало необходимую устойчивость системы, но в то же время было связано с трением между стрелкой и иглой. Это так называемое внешнее трение характеризуется явлением "застоя": для того чтобы изменить положение стрелки, к ней необходимо приложить определенную силу. Поскольку изменение силы, действующей на магнитную стрелку, обусловленное суточными колебаниями магнитного склонения, невелико, то явление "застоя" препятствует проведению точных измерений эффекта. Поиски способа преодоления этой трудности и составляли суть задачи, поставленной Парижской академией наук.

На конкурс 1775 года в академию было подано несколько работ, но ни одну из них не удостоили денежной премии. Через год, ввиду важности проблемы, конкурс повторили, и в 1777 году его победителями были объявлены сразу двое учёных: швед Ван Швинден, выдвигавший работу на конкурс в 1775 году, и Кулон, которого тем временем перевели на восстановление крепости Бесансон (фр. Besançon), расположенной на юго-востоке Франции, на границе со Швейцарией. Здесь, подводя итоги своей работы в Шербуре, он написал для военного министерства мемуар, содержащий «... описание понтонного моста со шлюзами, которые могут быть свободно использованы для работы под водой с целью очистки канала или для закрытия сухого дока», а также предложения «... о средствах устранения трения в арочных заслонках». Подготовка этого мемуара привлекла внимание Кулона к ещё одной практически важной теме - проведению подводных инженерных работ. Подготовленный им на эту тему мемуар «Изыскание средств произведения под водой гидравлических работ всякого рода без использования какой-либо откачки» был отправлен в Академию наук.

Конкурсное сочинение Ван Швиндена представляло собой объемный трактат (более 500 страниц!), в котором проанализированы традиционные методы измерения магнитного склонения с помощью стрелок, опирающихся на острие. Хотя ряд наблюдений шведского ученого представлял интерес, а его критика методов измерений, использовавшихся предшественниками, была в основном справедливой, эта работа Ван Швиндена не стала принципиально новым шагом в деле совершенствования геомагнитных измерений.

Шарль Кулон, в отличие от Ван Швиндена, исследовал возможности повышения точности измерений при помощи стрелок, подвешенных на тонких нитях. Он установил количественные зависимости упругих свойств нитей от их параметров, угла закручивания и условий окружающей среды. Эти результаты были важнейшими в конкурсном мемуаре Кулона и рассматривались им как промежуточные для решения главной задачи - создания чувствительного прибора для магнитных измерений. Такой прибор Кулоном был создан, и он на многие годы определил пути развития методов измерения земного магнетизма.

Мемуар по магнитным измерениям, премированный Академией наук, оказался очень важным для дальнейшей судьбы Кулона. Предложенная методика измерений развивалась им в дальнейшем при исследованиях проблем, которые обессмертят его имя. Получение премии значительно упрочило положение Кулона в Академии наук и позволило надеяться на избрание в её состав.

Тем временем мать Кулона после разрыва с мужем продолжала жить с дочерьми в Париже, будучи обладательницей довольно значительных средств. Поскольку размолвка матери с сыном по возвращении его с Мартиники была забыта, согласно её завещанию он должен был получить часть наследства матери (остальное получали сестры). Но после кончины госпожи Кулон ее собственность оказалась в руках дельца с сомнительной репутацией, и Кулон должен был заняться финансовыми делами семьи, что потребовало больших усилий. Решить все проблемы, связанные с делом о наследстве, он тогда не успел, но нашел время для науки.

Кулон выступил в Академии наук с мемуаром о подводных работах, который был встречен с большим интересом. Его первое издание вышло в свет в 1779 году, неоднократно переиздавалось и было замечено не только во Франции, но и за рубежом. В 1790 году был издан его перевод на русский Л язык в Москве.

В 1779 году Кулон получил приказ срочно прибыть в Рошфор, город на западном побережье Франции для руководства ремонтом фортификационных сооружений Вобана на острове д'Экс (фр. de l'île d'Aix), в восьми милях от Рошфора.

Тогда надвигалась очередная война с нглией, и французское правительство хотело укрепить западное побережье страны. Однако времени на строительство почти не было, да и казна была почти пуста. Прекрасным выходом казалось предложение генерала артиллерии маркиза де Монламбера (фр. Montalembert, военный деятель и теоретик фортификации; 1714 - 1800) о строительстве форта нового типа. Выполненный целиком из дерева, он должен был успешно противостоять противнику благодаря установке на его стенах значительно большего числа орудий, чем обычно. Несмотря на возражения инженеров и командующего Военно-инженерным корпусом генерала де Ламекура (фр. Lamecourt), начальника Кулона, правительство решило построить небольшой новый форт на острове Экс в устье реки Шаранты. Цель строительства - защита входа в реку и предотвращение осады Рошфора, в котором находилась одна из новых верфей Франции.

наысклша

л

с п о î: li haï i.

ПРОШВОЖДЕШ H ЩЗДЪ полою

ь С il ИЛ ГО Г91Л

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ b У л ï о г ъ

I.; ç :: i. ci ç ; к н d л К м

ВОДНА.! Ü Т Е Ч Е JIJ .ÎJP kSj л jf rrü? л

L^KIепанчиk I|fi«nlwi h , НимыниЪ ir^

■MU Г «1Л ?! С/С'СКРАП HrUbtlfUTI

, Кi.rW»*V Ük|M№-П'рмЪ ci

.-1 «tftfi MA" £'7JOJ.+ А.

M fl С К » А

Ii jKiaiP^ininriui т

■ if Qicpiii'II.

17 £ О

Кулон как военный инженер должен был принять участие в строительстве нового форта. Задача была крайне сложная - Монламбер обязался построить форт всего за один месяц и затратить на строительство всего 3% средств, которые обычно требовались на сооружения такого рода.

Строительство такого форта Кулон считал ошибочным, и его точка зрения на проект Монламбера практически совпадала с позицией Ламекура. Впоследствии, уже будучи членом Парижской академии наук, Кулон принимал косвенное участие в многолетних спорах между Монламбером и Ламекуром. Он всячески избегал выступать экспертом по работам, представлявшимся Монламбером, и охотно входил в состав комиссий, рассматривавших возражения Ламекура.

В итоге строительство форта сильно затянулось. Вместо обещанного месяца оно продолжалось

более полугода и поглотило значительно больше средств, чем предполагалось. С военной точки

зрения это сооружение было весьма уязвимо и не оправдало возлагавшихся на него надежд.

Ро шфор (фр. Rochefort) начал строиться в 1666 году и стал примером нового города, построенного в эпоху абсолютизма из рациональных побуждений. Опасаясь создавать крупный центр судостроения в мятежном гугенотском городе Ла-Рошель (фр. La Roshelle), Людовик XIV решил построить по соседству с ним новый город-порт в устье реки Шаранты (фр. Charente). Одновременно, для защиты военных верфей от возможного нападения британского флота, было начато строительство фортификаций на острове д'Экс. ^

Многие из них к 1707 году построил легендарный инженер-фортификатор Себастьян Ле Претр маркиз де Вобан (фр. Sébastien Le Prestre, marquis de Vauban; 1633 - 1707). Так как дальнобойности береговых батарей не хватало для блокировки всего пролива между двумя смежными островами, тогда же возникла идея строительства дополнительного форта на отмели Байяр (фр. Boyard) посередине пролива. Но Вобан, которому Людовик XIV предложил возглавить строительство, отказался, возразив королю: «Сир, легче ухватиться за луну зубами, чем построить крепость в таком месте». Форд Байяр. Укрепление фортификаций на острове д'Экс продолжилось при Наполеоне, а в 1801 году по его указанию на существовавшей тогда в проливе песчаной отмели было начато строительство форта Байяр. Я

При строительстве каменные блоки фундаментов форта устанавливались прямо на морское дно, хотя они уходили в грунт под собственным весом, перекашиваясь и разъезжаясь. В итоге в 1809 году строительство крепости было приостановлено.

По иронии судьбы, именно в этих водах Наполеону пришлось капитулировать по завершению его «Ста дней».

Строительство форта Байяр возобновилось в 1837 и было завершено к 1857 году Я (размеры - 68x31x20 метров, гарнизон - 250 человек), когда он уже не имел военного значения. В 1913 году форт был выведен из ведения армии, а его орудия распроданы.

Исследования сухого трения . В 1777 году Академия наук объявила конкурс на 1779 год по решению «проблемы трения скользящих и катящихся поверхностей, сопротивления изгибанию канатов и применению этих решений к простым механизмам, используемым в военном флоте». Упоминание о военном флоте в формулировке задачи конкурса было связано с тем, что французские власти были крайне озабочены отставанием своего военного флота от английского. Обилие теорий трения и разнобой в экспериментальных данных заставили Академию еще более конкретизировать задачу. Было указано, что в представляемых на конкурс работах должны исследоваться «эффекты, обусловленные жесткостью канатов, которые должны быть изучены на основе новых полномасштабных экспериментов; требуется также, чтобы эти эксперименты могли применяться к механизмам, используемым в военно-морском флоте, таким, как блок, кабестан и якорь». Л Л Из работ, поданных на конкурс в 1779 году, ни одна не была удостоена премии, поэтому эту тему вновь объявили как конкурсную на 1781 год.

Кулон решил принять участие в повторном конкурсе, к чему, с одной стороны, располагали условия его службы в Рошфоре, где находилась одна из новейших верфей Франции. На ней благодаря доброжелательному отношению коменданта порта ученый мог ставить полномасштабные эксперименты; кроме того, в распоряжение Кулона были выделены два человека, помогавшие ему в подготовке и проведении опытов. С другой стороны, Кулон понимал, что вторая победа на академическом конкурсе сделает его избрание в состав академии более вероятным.

В 1780 году Кулон представил в Академию конкурсную работу, и в следующем году именно она была удостоена премии, так как удовлетворяла практически всем требованиям Академии.

Для экспериментов Кулон использовал простую, но хорошо продуманную установку а его теоретические построения основывались на результатах полномасштабных опытов. Интересно, что все важнейшие закономерности трения, обнаруженные Кулоном, были впоследствии подтверждены учёными, в распоряжении которых находились гораздо более совершенные экспериментальные средства. Кулона нельзя назвать чистым эмпириком, не проявлявшим интереса к по-

строению теории тех явлений, которые он исследовал. На основе результатов экспериментов он попытался нарисовать общую картину процессов, возникающих при трении. Кулону не были известны ни детали молекулярного строения тел, ни микроструктура их поверхностей, и он был вынужден ограничиться чисто механической картиной явления. В этой работе Кулона механическая теория трения фактически получила своё завершение.

Победа на академическом конкурсе не привела к уменьшению интереса Кулона к проблеме трения. К исследованиям на эту тему он вернулся через десять лет. Например, в 1790 году он представил в Академию наук мемуар «О трении в острие опоры». В нём ученый исследовал трение, возникающее при верчении и катании. Первый успех Кулона на академическом конкурсе был связан с усовершенствованием компаса. В работе 1777 года Кулон предложил подвешивать стрелку компаса на тонкой нити. Однако такая конструкция была пригодна только для стационарных условий. Для проведения картографических работ на местности нужны были высококачественные компасы, стрелки которых опирались бы на острие. Важнейшей проблемой, с которой сталкивались ученые при попытках усовершенствования компаса такой конструкции, была проблема трения в подпятнике - трения верчения. Для уменьшения трения в компасах применяли конические подпятники, сделанные из агата. До работ Кулона отсутствовала ясность в вопросе о том, каковы оптимальные нагрузка на острие, угол заточки острия и т.д.

Кулон изучил эту проблему с помощью установки, под колпаком которой Ф с разреженной воздушной средой, предохранявшим систему от внешних воздействий, находилась латунная вилка kdh, с грузами а и в. Она крепилась на острие, которое в свою очередь опиралось на подпятник g. С помощью наружной ручки путем поворота захвата efk вилка и острие приводились во вращение, постепенно замедлявшееся из-за трения в подпятнике. Определяя скорость и характер этого замедления, можно было оценить характеристики трения верчения.

При изучении данного вопроса, в отличие от сухого трения, Кулону не удалось установить каких-либо общих закономерностей. Но его выводы имели важное практическое значение и состояли в следующем:

1. Трение острия не зависит от скорости и является функцией давления.

2. Трение граната меньше трения агата, а трение агата меньше трения стекла. Однако силы трения стекла более равномерно распределены по площади контакта.

3. Очертание острия очень сильно влияет на трение. При нагрузках 5...6 гран наиболее благоприятен угол острия в пределах 30...45°. При уменьшении нагрузки можно постепенно уменьшать этот угол без опасения увеличить трение; более того, для острия из хорошей стали при нагрузке, не превышающей 100 гран, этот угол можно даже уменьшить до 10...12°.

4. Все подпятники даже лучших мастеров недостаточно однородны. Трение в них обычно в 5...6 раз превышает трение по плоскости. Поэтому желательно угол конусности делать возможно меньше».

В конце 1779 - начале 1780 года Кулон получил назначение в город Лилль (фр. Lille), на севере Франции. Перед отъездом к новому месту службы ему был предоставлен отпуск в Париж по все еще тянувшемуся делу о наследстве. Здесь Кулон выполнил цикл экспериментов, посвященных внешнему трению, результаты которого были изложены в мемуаре «Теория простых машин».

В Лилле Кулон прослужил с весны 1780 до осени 1781 года, когда сбылась его заветная мечта, и он был переведен в Париж. За это время Кулон успел выполнить специальное исследование по механике ветряных мельниц. Интерес к этой теме определялся особенностями места службы Кулона. На севере Франции, так же как и в соседних странах, ветряные мельницы ^ были одним из наиболее распространенных механических устройств, и разработка их оптимальной конструкции была актуальной технической проблемой. Мемуар «Теоретические и экспериментальные соображения об эффективности ветряных мельниц и форме их крыльев» был представлен в Парижскую академию наук в 1781 году и вскоре опубликован. Шарль Кулон - военнослужащий академик. Перевод в Париж был долгожданным событием в жизни Кулона. Несмотря на то что почти везде, где он служил, ему удавалось найти дело по душе, служба в столице имела много преимуществ. На них указал Кулон в докладной записке на имя военного министра, подготовленной им в июле 1781 года. Прежде всего, отмечал Кулон, служба в Париже обеспечит ему значительно лучшие условия для работы: в столице он будет иметь доступ к нужной ему литературе, получит возможность консультироваться у специалистов по различным техническим вопросам и т. д. Это представлялось Кулону особенно важным, поскольку он задумал подготовку фундаментального издания, которое заменило бы устаревшие труды Белидора, служившие в то

время основными справочными и учебными пособиями для военных и гражданских инженеров. // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 6. C. 214--259 229

Пребывание в Париже, по словам Кулона, позволило бы ему более тщательно и систематично проводить эксперименты. Частые разъезды, неизбежные при службе в провинции, заставляли прерывать, а иногда и прекращать начатые опыты, которые Кулон ставил на собственные средства. Волновала Кулона и судьба его научных мемуаров. Он писал, что издание их в Париже без должного авторского надзора приводит к тому, что его труды выходят с ошибками и «их невозможно читать».

В докладной записке министру Кулон откровенно признавался, что с переводом в столицу он связывал определенные честолюбивые надежды. Выборы в Парижскую академию наук в декабре 1780 года показали, что его шансы быть избранным на следующих выборах очень велики. Кроме того, весной 1781 года он стал победителем второго подряд академического конкурса, что еще более укрепило его позиции. Кулон в своей аргументации не ограничивался личными мотивами. Он подчеркивал, что Военно-инженерный корпус получит большие выгоды, если один из его офицеров станет членом кадемии, где проводятся исследования и делаются открытия, часто связанные с деятельностью корпуса.

Одновременно с прошением о переводе Кулон возбудил ходатайство о награждении его орденом Св. Людовика (тогда было так принято). Этой наградой по положению отмечались офицеры, прослужившие в армии определенный срок. Для капитана, которым тогда был Кулон, этот срок составлял 25 лет, причем год службы в колониях считался за два года службы в метрополии. В середине 1781 года выслуга Кулона с даты поступления в Мезьерскую школу составляла тридцать лет, и он имел все основания быть награждённым орденом Св. Людовика степени «Chevalier». Л

Кулон был на хорошем счету, и его ходатайства поддержало руководство, под началом которого Кулон служил в Лилле. Поэтому положительное решение обоих вопросов не заставило себя долго ждать. В начале сентября 1781 года военный министр объявил о переводе Кулона в Париж, а 30 сентября того же года он был награжден орденом Св. Людовика. Сообщение об этом событии застало Кулона уже в Париже. Так в течение полугода круто изменилось положение Кулона: из рядового инженера он превратился в консультанта по различным инженерно-техническим вопросам, члена высшего научного учреждения Франции. Эти изменения не могли не сказаться на характере его дея-

тельности. Наибольший интерес для Кулона представляла исследовательская деятельность и работа в Академии наук, но у него появилось много обязанностей, непосредственно не связанных с наукой. Продолжалась и служба Кулона в качестве офицера Военно-инженерного корпуса.

В начале 1780-х годов в Бретани, провинции, в наибольшей степени зависевшей от снабжения морем, родилась идея строительства разветвленной системы каналов, которая связала бы крупнейшие города этой части Франции. Созданная для этого комиссия по каналам обратилась к военному министру с просьбой выделить из состава Военно-инженерного

корпуса опытного офицера в качестве консультанта. Иллюстрация принципа построения канала и

шлюзов из «Энциклопедии» Дидро и Даламбера.

Министр назначил консультантом Кулона.

Известность Кулона как квалифицированного инженера нашла отражение в его назначении в июле 1784 года на пост генерал-интенданта вод и фонтанов (фр. d'intendant général des Eaux et Fontaines). Эта должность сделала его ответственным за контроль и управление всеми акведуками, насосами, фонтанами и иным системами водоснабжения королевских сооружений.

Инициатива в данном случае исходила от графа д'Ангвиллера ^ (фр. d'Angiviller), отвечавшего за системы водоснабжения во владениях короля. Д'Ангвиллер был активным государственным деятелем. В его обязанности входил и административный надзор за Академией художеств (живописи и скульптуры), Обсерваторией, знаменитыми мануфактурами по производству фарфора в городе Севр (фр. Sèvres), мыловаренным производством и т. д. Ему принадлежит основная заслуга в организации художественного музея в Лувре. Понимая, что успех любого предприятия зависит прежде всего от исполнителей, Д'Ангвиллер для выработки и осуществления многих проектов приглашал крупных специалистов, членов Парижской академии наук.

К моменту назначения интендантом вод и фонтанов Кулон уже имел опыт в вопросах водоснабжения. В частности, в начале 1783 года он вместе с другими членами Академии наук участвовал в работе комиссии, исследовавшей эффективность паровых двигателей братьев Перрье (фр. Perrier),

установленных в одном из королевских дворцов

и служивших для подъема воды. Особенностью

этих двигателей было то, что их чертежи и даже

часть деталей были получены из нглии, от

знаменитого конструктора Дж. Уатта (англ.

James Watt) и его компаньона Мэтью Болтона

Водоподъемный механизм близ Версаля. С помощью нескольких десятков колес (на переднем плане) вода поднималась к акведуку, по которому (англ. M. Bolton). направлялась в специальный резервуар.

В марте 1783 года после нескольких осмотров и испытаний этих машин по поручению комиссии Кулон подготовил доклад, который был зачитан на заседании Академии. Интересно, что Кулон оказался первым, кто публично изложил во Франции принцип действия усовершенствованной паровой машины с конденсором. В период между избранием в кадемию и назначением интендантом вод и фонтанов Кулон более десяти раз выступал с докладами и сообщениями о различных системах насосов и каналов, чем привлёк к себе внимание д'Ангвиллера.

В круг обязанностей Кулона входило поддержание в рабочем состоянии части системы водоснабжения Парижа, принадлежавшей королю Франции. Кроме того, в ведении Кулона находилось распределение воды, запасенной в так называемом «водяном дворце» (фр. Chateau d'eaul), управление системами водоснабжения, обеспечивавшими Версаль, Фонтенбло и другие королевские владения в окрестностях Парижа. Новое назначение Кулона было связано не только с инженерными работами. Ему приходилось также участвовать в сборе налогов и судебных процессах, связанных с частными концессиями на водоснабжение. Но основное время занимало множество мелких технических проблем: повреждение трубопроводов и акведуков, различного рода засоры, утечки и т. д.

Сеть водоснабжения Парижа, ведущая свою историю от римских акведуков, в течение столетий много раз перестраивалась и к концу XVIII века представляла собой очень сложную инженерную систему, требовавшую существенной модернизации. За период с 1784 по 1789 год с участием Кулона были проведены реконструкции большей части акведуков в Версале, перестроен акведук в Париже и др. Служба в качестве интенданта вод и фонтанов не была для Кулона синекурой.

Имеются свидетельства, указывающие, что в предреволюционные годы Кулон был привлечен к еще одному виду деятельности. Со времён Кольбера (фр. Jean-Baptiste Colbert; 1619 - 1683), могущественного министра Людовика XIV, во Франции изготовлялись рельефные карты укрепленных пор// Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 6. C. 214--259 232

тов и больших городов. Они считались секретными, и для доступа к ним требовалось специальное разрешение. Хранителем около 130 карт рельефных карт было военное ведомство, под началом которого с 1786 года в чине подполковника (фр. lieutenant colonel) служил в Париже Кулон.

Несмотря на обилие поручений и разнообразие видов деятельности Кулона, его основные интересы были связаны с Академией наук. Заседания здесь обычно проходили два раза в неделю после полудня. Посещение заседаний тщательно фиксировалось: каждый приходивший на заседание расписывался в регистрационной книге. Опоздавшие лишались небольшой платы, которая полагалась членам Академии за присутствие на заседаниях. Известны случаи, когда за непосещение заседаний в течение длительного времени некоторые лица выводились из состава кадемии.

Члены Академии были обязаны регулярно выступать с сообщениями о проводившихся ими исследованиях. Кроме того, они принимали участие в работе комиссий, учреждавшихся для выработки различных проектов, обсуждения планов, в оценке которых нуждалось правительство, анализе научных работ и изобретений, представленных в академию со стороны. Наконец, академики привлекались к административной работе в рамках самой академии (участие в различных комитетах, конкурсных комиссиях и т.д.).

Кулон принимал участие практически во всех делах академии. Хотя основная часть его докладов кадемии наук относилась к механике, физике, а также к проблем навигации, строительства гидросооружений, образования и военных вопросов, ему приходилось заниматься и весьма далекими от его непосредственных научных интересов проблемами здравоохранения, благоустройства Парижа и финансовыми проектами Национальной ассамблеи.

Кулон принимал участие в мероприятиях Парижской академии наук, имевших и социальное значение. Одно из них - это разработка проекта усовершенствования системы больниц в Париже. В 1785 году Академия создала комиссию, результатом десятимесячной работы которой стал объемный доклад, в котором на основе изучения опыта других крупных городов были сформулированы конкретные предложения по перестройке системы больниц Парижа. Уже после представления этого доклада, в середине 1787 года, два члена комиссии, Ж. Тенон и Ш. Кулон, выезжали в Англию, где знакомились с опытом организации крупных больниц в Лондоне, Бирмингеме и Плимуте. Во время этого путешествия, длившегося почти два месяца, французские ученые встретились со многими представителями английской науки, в частности с президентом Лондонского королевского общества сэром Дж. Бэнксом и знаменитым изобретателем Дж. Уаттом.

Много времени у Кулона отнимала и административная работа в академии. В течение многих лет он был членом ее библиотечного комитета. Кулон входил в состав жюри нескольких конкурсов, объявлявшихся академией. Это не всегда была легкая работа. Так, на один из конкурсов, который был посвящен разработке нового водяного насоса, было подано 45 (!) проектов, требовавших тщательного рассмотрения.

Исследование кручения и изобретение крутильных весов. На мемуар Кулона по проблеме изготовления магнитных стрелок обратил внимание помощник астронома в Королевской академии наук, будущий директор Парижской обсерватории Ж.Д. Кассини и попросил его помочь создать прибор для изучения магнитного поля Земли.

Жан-Доминик Кассини (фр. Jean-Dominique Cassini, 1748 - 1845), известен также как граф Кассини IV -французский астроном и геодезист, сын астронома Цезаря Франсуа Кассини (Кассини III).

В 1770 году Кассини стал помощником астронома в Королевской академии наук, а в 1785 был избран её ассоциированным членом. В 1784 году он унаследовал от отца должность директора Парижской обсерватории, стал участником работ по завершению первой подробной карты Франции и геодезических измерений Парижского и Гринвичского меридианов.

Во время революции Жан-Доминик участвовал в работе комиссии Академии наук по переводу Франции на метрическую систему мер, но, как сторонник монархии, по решению революционного комитета, был осужден на 7 месяцев. Наполеон I и, после реставрации монархии, Людовик XVIII высоко оценили заслуги Жана-Доминика, наградив и назначив ему достойную пенсию.

Кулон согласился помочь Обсерватории. С 1780 года в течение ряда лет он проводил испытания различных конструкций сверхчувствительного прибора, преодолевая множество трудностей. Оказалось, что стрелка, подвешенная на нити, очень чувствительна к колебаниям точки подвеса, а также к движению потоков воздуха, вызванных сквозняками и конвекцией. Для устранения этих помех прибор Кулона был перенесен в подвал обсерватории. Однако эта мера не привела к решающему улучшению, так как на первый план вышли новые помехи.

Жан Кассини и его ассистенты обратили внимание на то, что стрелка прибора меняла свое положение при приближении глаза к окуляру считывания её положения. Причиной этого было статистическое электричество, некоторое количество которого всегда имеется на теле наблюдателя. Пробовали поместить стрелку в экранирующий медный кожух, но его использование не решило проблемы полностью из-за необходимости отверстия в нем для считывания показаний прибора. // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 6. C. 214--259 234

Кулон считал, что явление электростатической индукции сказывается здесь столь сильно, потому что стрелка подвешивается на шелковой (изолирующей) нити. Если же применить металлическую (проводящую) нить, соединённую с медным основанием прибора, то индуцированные эффекты будут сказываться на показаниях прибора слабее. Но металлические нити обладают гораздо большей упругостью, и без постановки специального исследования нельзя было заранее сказать, можно ли в том или ином случае пренебречь моментом упругих сил, возникающим при кручении таких нитей. Это обстоятельство и послужило для Кулона толчком к изучению кручения металлических нитей цилиндрической формы. Результаты его опытов были обобщены в работе «Теоретические и экспериментальные исследования силы кручения и упругости металлических проволок», законченной в 1784 году. В начале этой работы Кулон написал: «Этот мемуар имеет две цели: первая состоит в определении силы упругости при кручении железных и латунных проволок в отношении их длины, толщины и степени натяжения... Вторая цель мемуара состоит в том, чтобы оценить несовершенства упругой реакции металлических проволок и исследовать, каковы следствия, которые можно вывести относительно законов сцепления и упругости тел».

Свой метод наблюдения крутильных колебаний он описал так: «Метод определения на опыте силы кручения состоит в том, что на металлической нити подвешивается цилиндрический груз так, чтобы его ось была вертикальной и проходила бы через нить подвеса. Пока нить подвеса остается совершенно незакрученной, груз будет пребывать в покое; но если заставить груз повернуться вокруг своей оси, нить закрутится и создаст усилие для возникновения более или менее длительных колебаний в зависимости от того, насколько совершенна Рисунок из мемуара Кулона упругая реакция кручения. Если в экспериментах подобного рода тщательно фиксировать длительность определенного числа колебаний, то с помощью формул колебательного движения можно легко определить силу реакции кручения, которая вызывает эти колебания. Таким образом, варьируя вес груза, длину нити подвеса и ее толщину, можно надеяться определить закон реакции кручения в отношении натяжения, длины, толщины и природы этой нити».

Измеряя период колебаний груза, подвешенного на исследуемой нити, меняя ее длину /, диаметр d, а также амплитуду ф колебаний, Кулон провел несколько серий опытов, итогом которых стал знаменитый закон кручения: М = Вф^/I, где М - момент упругих сил, а В - постоянная, зависящая от материала проволоки. Точность экспериментов Кулона можно оценить, сравнив значения постоянной В, рассчитанной по данным

его измерений, с соответствующими современными значениями. Например, для железа, по Кулону, В =

10 2 10 2 7,6x10 Н/м , а современное значение В = (7,5~8,0)х10 Н/м , что говорит о высокой точности его опытов.

Кулон знал, что простыми формулами можно описать только линейные колебания, при которых период не зависит от амплитуды. Это условие выполняется, когда существует линейная зависимость между углом закручивания нити и моментом сил упругости.

На опыте обнаружилось, что период колебаний не зависит от амплитуды только в определенном диапазоне амплитуд, т.е. пока угол закручивания нити не превышает значения фупр, называемого пределом упругости. Момент силы упругости пропорционален ф и при больших углах растет медленнее, чем угол ф. Было известно, что упругие свойства металлов зависят от их обработки. Кулон проверил, как ковка и отжиг влияют на упругие свойства тонких нитей по отношению к кручению. Выяснилось, что постоянная В в законе кручения практически не зависит от характера обработки, а фупр зависит от него очень сильно. Используя результаты этих опытов, Кулон высказал гипотезу о характере межмолекулярного взаимодействия, которое в ХУШ веке принято было называть «сцеплением».

Ученый пришел к выводу, что при относительно небольших деформациях кручения происходит обратимое изменение формы молекул, приводящее к возникновению упругой силы и соответствующего момента. При этом расстояния между молекулами остаются неизменными. При значительных деформациях возникает скольжение слоев нити - возникает неупругая деформация; при очень больших деформациях смещение слоев молекул нити приводит к её разрушению.

Идея крутильных весов поясняется отрывком из работы Кулона: «В сосуде ABDE, наполненном жидкостью, сцепление которой исследуют, с помощью медной проволоки подвешивается цилиндр a^d из меди или свинца; над сосудом помещают кольцо A'F'B', разделенное на градусы; это Я кольцо находится на одном уровне с концом d стрелочного указателя id, прикрепленного к цилиндру. Если цилиндр повернуть, не нарушая его ориентации по вертикали, с помощью этого указателя можно увидеть, как изменяется каждое колебание;

поскольку сила кручения нити, которая создает эти колебания, известна из предшествующих опытов и можно узнать изменение, обусловленное неидеальной упругостью, заставляя цилиндр колебаться, то можно надеяться с помощью этих средств найти постоянную величину, обусловленную сцеплением».

Исследование кручения тонких металлических нитей провело Кулона к созданию крутильных весов, которые могли использоваться для измерения малых сил с высокой чувствительностью.

Вопрос о внутреннем трении в жидкости анализировался многими учеными до Кулона как в экспериментальном, так и в теоретическом плане. Кулон считал метод крутильных колебаний наиболее подходящим для экспериментального изучения проблемы в случае медленных движений тела в жидкости. Начав рассмотрение вопроса в мемуаре 1784 года, он дал его более полное решение в работе 1800 года, которая называлась «Опыты, посвященные определению сцепления жидкостей и закона их сопротивления при очень медленных движениях». В этой работе Кулон особенно отчетливо показал преимущества изобретенного им метода.

Вершиной творчества Кулона стали его исследования 1785...1791 годов в области электричества и магнетизма, изложенные в семи мемуарах, определившие закон электростатического притяжения и понятие магнитного момента. (см. Приложение 2).

Последние годы жизни. В предреволюционные годы Кулон вел очень активный образ жизни. Для его деятельности характерны большое тематическое разнообразие и интерес к вопросам, имеющим не только чисто научную, но и общественную, а в некоторых случаях и социальную значимость. В парижское десятилетие с 1781 по 1791 год Кулон находился в расцвете творческих сил, и тематика его исследований все в большей степени стала тяготеть к физике.

Французская революция 1789 года отразилась и в жизни Кулона. В 1790... 1791 годах происходила реорганизация Военно-инженерного корпуса французской армии. Нововведения касались многих сторон деятельности - от уменьшения общей численности военных инженеров до изменения порядка прохождения службы. В частности, офицерам старшего возраста было предоставлено право уйти в отставку. Подполковник Кулон воспользовался этим и в 1791 году вышел в отставку с назначением пенсии 2240 ливров в год. Примерно в это же время он лишился должности интенданта вод и фонтанов. Работа Кулона в Парижской академии наук стала единственным занятием ученого.

В первые годы революции характер деятельности Академии наук почти не изменился. По-прежнему на заседаниях рассматривались представленные академиками научные работы, а также изобретения и проекты, переданные в Академию на заключение. Одним из мероприятий, в котором принял участие Кулон, было создание новой системы мер и весов. До революции во Франции не существовало единой системы мер. С различием в мерах можно было столкнуться не только в разных провинциях, но даже в одном городе или селении. Использовались меры, не только отличавшиеся названиями, но и под одним названием часто фигурировали различные по величине меры. Например, пять названий для единиц измерения площади поверхности земли

обозначали 43 (!) разные меры. Такое положение отрицательно сказывалось на торговле, затрудняло развитие промышленности, способствовало различного рода спекуляциям. Не случайно поэтому в «Наказах», выдвинутых в 1789 году, требование единых мер стояло рядом с требованием единого для всей Франции закона.

В XVIII веке наибольшей популярностью пользовались два предложения для выбора эталона длины. Одно их них состояло в выборе единицы длины как определенной части дуги земного меридиана, а по другому эталон длины предполагалось связать с длиной маятника, колеблющегося на определенной широте с периодом, равным одной секунде («секундный маятник»).

В марте 1791 года известные учёные, в том числе Жан Борда и маркиз Пьер-Симон де Лаплас (фр. Pierre-Simon de Laplace; 1749 - 1827), представили Академии наук и Национальному собранию предложения, на основе которых были назначены пять комиссий для исследований с целью создания новой системы мер и весов. В состав комиссии по определению длины секундного маятника вошел Кулон. Исследования велись активно, и в ноябре 1792 года Конвенту сообщили: «Работы <...> уже сильно продвинулись; многочисленные опыты с целью определения прежде всего длины секундного маятника в Париже уже проведены в Обсерватории гражданами Борда, Кулоном и Кассини».

По мере развития революционного процесса он все сильнее сказывался на деятельности Парижской академии наук. Особенно остро вопрос об Академии наук встал в июне 1793 года, после прихода к власти якобинцев. Одним из их лидеров Жан-Поль Марат (фр. Jean-Paul Marat; 1743 - 1793) был одним из наиболее активных критиков кадемии. Вслед за установлением якобинской диктатуры противники академии перешли к решительным действиям. Когда 17 августа 1793 года академики пришли на очередное собрание, помещения Лувра, где они обычно работали, оказались опечатанными. К концу 1793 года политическая обстановка в Париже еще более обострилась. В декабре 1793 года многие ученые, в том числе Борда, Лавуазье, Лаплас и Кулон, были выведены из состава комиссий по созданию системы мер и весов. Комитет общественного спасения - руководящий орган якобинской диктатуры - счел, что они не заслуживают "... доверия по недостатку республиканской доблести и ненависти к королям". Этот акт привел к фактическому прекращению работ по созданию новой системы мер и весов.

Некоторые академики тогда бежали из Франции, а среди оставшихся было немало лиц с контрреволюционными взглядами. Вместе с тем, ряд академиков на протяжении всей революции активно поддерживали новую власть и принимали участие в организации обороны страны.

Комитет общественного спасения вел решительную борьбу с контрреволюцией. В нее оказались вовлечёнными и некоторые ученые. Оставаться в Париже Кулону, бывшему офицеру королевской армии, тесно связанному с академиками, подвергшимися гонениям, стало опасно. Поэтому он переехал в сельскую местность севернее Парижа, где ему принадлежало небольшое поместье, лишь изредка приезжая для участия в работе комиссии по созданию системы мер и весов. После изгнания

из её состава Кулон с семьей и своим старым другом и коллегой по академии Жаном Борда переехал в свое поместье близ города Блуа (фр. Blois), подальше от Парижа.

О семье Кулона известно, что его жена Луиза Франсуаза Дезормо (фр. Louise Françoise Desormeaux), была гораздо моложе. Официально их брак был зарегистрирован в 1802 году, хотя первый сын Кулона, названный в честь отца Шарлем Огюстеном, родился в 1790 году. Второй сын, Анри Луи, родился в 1797 году.

Месяцы, проведенные Кулоном вдали от Парижа, стали началом спада его научной активности. К моменту переезда в Блуа ученому было пятьдесят семь лет. Его здоровье, расшатанное службой на Мартинике, с годами становилось все слабее. Кроме того, в сельской глуши Кулон, мастер тонкого количественного эксперимента, оказался оторванным от своих приборов и не мог продолжать начатые в Париже опыты. Но и в крайне неблагоприятных условиях Кулон сумел выполнить два интересных исследования, результаты которых после возвращения в Париж он представил в виде мемуаров. Один из них был продолжением его ранних изысканий в области биомеханики человека, а второй относился к начатым Кулоном в Блуа исследованиям циркуляции сока в деревьях.

Кулон жил в поместье близ Блуа до декабря 1795 года. Его визиты в Париж были редкими. В мае 1794 года он, рискуя жизнью, принял участие в похоронах казнённого революцией выходца из состоятельной семьи Антуана Лавуазье (фр. Antoine de Lavoisier; 1743 - 1794) - французского естествоиспытателя, основателя современной химии. Кулон был вынужден приехать в столицу в апреле 1795 года в связи с назначением его членом новой комиссии по мерам и весам. Окончательное возвращение Кулона в Париж произошло после его избрания постоянным членом отделения экспериментальной физики Института Франции - новой Национальной академии. Её первый класс составляли естественные науки, второй - моральные и политические, третий - литература и искусство.

В Институте Франции Кулон продолжал выполнять почти те же обязанности, что и в Парижской академии наук, по-прежнему участвуя в работе различных комиссий и выступая с докладами по работам других ученых. В 1798 году Кулон вместе с другими академиками обсуждал проблему создания новой системы мер и весов на международном уровне. Он работал в составе подкомиссий, занимавшихся разработкой линейных мер и единиц измерения массы. Публикаций Кулона становилось все меньше, постепенно прекратилась и его научно-консультационная деятельность. Продолжались лишь его опыты по изучению вязкого трения.

18 брюмера (фр. Coup d'État du 18 brumaire, 9 ноября 1799 года по Григорианскому календарю) во Франции произошёл переворот, в результате которого была лишена власти Директория, разогнаны представительные органы (Совет пятисот и Совет старейшин) и появилось временное правительство, возглавляемое триумвиратом консулов: Бонапартом, Дюко (фр. Pierre Roger Ducos) и Сийеса (фр. Emmanyuel-Zhozef Siyes).

В конце 1800 года Алессандро Вольта [3] в Институте Франции демонстрировал электричество «Вольтова столба», показывая, что оно не отличается от электричества, получаемого трением. Проверку работ Вольты поручили комиссии под председательством Жана-Батиста Био (фр. Jean-Baptiste Biot; 1774 - 1862).

Бонапарт заинтересовался электричеством и увидел огромную будущность этой области физики. Он проявил прозорливость, так как наука об электричестве тогда была еще в начальной стадии становления, а о его практическом применении ещё никто не имел определенных представлений. Бонапарт предложил учредить одну большую (60000 франков) премию за дальнейшие, особенно важные открытия в области электричества и гальванизма, и другую ежегодную малую (3000 франков) для поощрения исследователей в этой области. «Моя специальная цель, - сказано в предложении об учреждении этих премий, - поощрить и остановить внимание физиков на этом разделе физики, который представляет собой путь великих открытий».

7 ноября 1801 года на заседании физико-мате продемонстрировал работу «Вольтова столба». Заседание открылось с прибытием Бонапарта. Особенно его поразили возможности разложения при помощи электричества химических веществ. «Он расточал комплименты моим опытам, -вспоминал Вольта, - и предложил присудить мне золотую медаль...»

класса Института Франции Вольта

Вольта беседует с Наполеоном и учеными

Картина Джузеппе Бертини (холст, масло. 1897)

Бонапарт еще дважды (12 и 22 ноября) посетил выступления Вольта, и каждый раз выступал с речью, из которой следовало, что он считает приезд итальянца важной вехой в истории французской науки. Тогда же он создал «Ассоциацию содействия национальной промышленности» (фр. Societe d' Encouragement pour I'industrie Nationale; c 1996 года - SPI), которая поощряла исследования, в том числе в области электричества.

2 декабря 1801 года на заседании Института Франции с отчётом об итогах работы комиссии по «Вольтову столбу» выступил Жан-Батист Био: «... предлагаем удостоить гражданина Вольту золотой медалью, ибо физико-математический класс полагает его работы лучшими по электричеству». Восемь из 13 членов комиссии, в том числе Био, Кулон, Лаплас и Монж, подписались под отчётом комиссии, который затем был завизирован Ж-Б. Деламбром (фр. Jean-Baptiste Delambre; 1749 -1822) и утверждён президентом Института Франции Рене Гаюи (фр. René Hauy; 1743 - 1822).

Кулон - Генеральный инспектор народного просвещения. В 1802 году Бонапарт привлёк Кулона к реализации новой системы образования. Существующая тогда во Франции система образования имела сословный характер. Специальных учебных заведений типа Мезьерской военно-инженерной школы было очень мало. В революционные годы обсуждались несколько проектов реформы системы образования. Хотя ни один из них не был полностью реализован, положительные сдвиги в распространении знаний в период революции произошли. Был открыт ряд школ нового типа, в том числе

Парижская политехническая школа (фр. École Polytechnique), из стен которой вышло немало знаменитых учёных и инженеров. Так как студентам этой Школы не нравились повороты дел в политике в периоды Директории и Консульства, 1804 году Бонапарт под девизом «За Родину, Науку и Славу» (фр. "Pour la Patrie, les Sciences et la Gloire") перевёл её на казарменное положение в бывшее помещение Наваррского колледжа (в Латинском квартале Парижа на горе Сен-Жевеньев). Политехническая школа работала в этом престижном, но неудобном помещении до 1976 года. Политехническую школу до сих пор называют «Икс», (фр. IX), её выпускников - политехниками, а учеников «Иксами» (за математического уклона преподавания дисциплин и герб школы Ф со скрещёнными пушками).

В «I'X» учились выпускники: Жан-Батист Био (с 1794), Симеон-Дени Пуассон (с 1798), Доминик Франсуа Араго (с 1803), Огюстен Жан Френель (с 1804), Огюстен Луи Ко ши (с 1805), Гюстав Гаспар Кориолис (с 1808),

Сади Карно (с 1812 года). , «Политехникам Парижа, 1814»

(скульптор Corneille Theunissen, 1914)

После прихода к власти Бонапарта вновь был поставлен вопрос о создании единой системы учебных заведений. Одобрение получил проект Анту4на де Фуркруа (фр. Antoine de Fourcroy; 1755 - 1809), известного химика и депутата из Комитета народного образования Конвента. Учебные заведения по этому проекту разделялись по четырем уровням. Первые два - начальные и средние школы, третий - сеть лицеев, а четвертый -специальные школы. Учебные заведения .двух последних уровней находились под управлением государства.

В 1802 году Бонапарт назначил комиссию из шести человек для проведения новой системы образования в жизнь. Комиссию возглавил А. Фуркруа, назначенный Генеральным директор народного образования. Одним из членов этой комиссии был назначен Кулон. Вместе с ним в нее вошли известные ученые, в том числе астроном Ж-Б. Деламбр и зоолог Жан Кювье (фр. Jean Cuvier; 1769 -1832). Основной задачей комиссии была организация лицеев - привилегированных учебных заведе-

ний, которые Бонапарт рассматривал как основу всей системы. Кроме того, в обязанности членов комиссии входило посещение и проведение экзаменов в некоторых начальных школах, знакомство с учебной деятельностью средних школ, в особенности тех, которые могли быть преобразованы в лицеи. Члены комиссии должны были следить не только за уровнем знаний учащихся, но и, за квалификацией педагогов, чистотой кухонь, классов и т. д. Они отвечали также за выбор городов, в которых предполагалось открыть специальные школы.

Кулон принимал деятельное участие в работе комиссии Фуркруа. Он ездил по различным городам Франции с инспекторскими проверками, участвовал в обсуждении разнообразных мероприятий, связанных с народным образованием. Все это требовало большой затраты сил, а Кулону уже исполнилось семьдесят лет. Между 1781 и 1806 годом Кулон участвовал в подготовке 310 докладов в составе различных комиссий (более 10 в год!). C мая 1804 года Бонапарт - император Наполеон I, и уже в декабре Кулон стал кавалером (фр. Chevalier) ордена Почетного легиона. Но поездки по стране окончательно подорвали здоровье ученого. Летом 1806 года Кулон заболел лихорадкой и 23 августа 1806 года умер в Париже.

Современник Кулона, английский врач и физик Томас Юнг (англ. Thomas Young; 1773 - 1829), открывший закон интерференции света, в очерке о Кулоне, написанном для Британской энциклопедии, определил его место в науке конца XVIII - первого десятилетия XIX века так: «Коротко говоря, среди всех людей науки, принесших славу Франции, трудно было бы указать одного человека, кто с точки зрения развития земной физики мог бы хоть как-то сравниться с мистером Кулоном».

& & &

В знак уважения к Кулону оба его сына были определены на государственный счет в привилегированные учебные заведения. Вдова ученого обращалась к императору с ходатайством об увеличении пенсии, мотивируя это большими заслугами мужа перед государством, и, не добившись ответа, не стала сохранять архив Кулона. Его рукописи, дневники, лабораторные журналы и научные приборы, которыми пользовался Кулон при проведении опытов в своей домашней лаборатории, через полгода после его смерти были проданы на аукционе. Таким образом, опубликованные научные работы стали практически единственными памятниками его творчества.

Сохранились многие прижизненные издания трудов Кулона в Париже, Англии, Германии, России и в других странах. К ним относятся его работы по фортификации, механике, электричеству и магнетизму. Памятные издания трудов Кулона начались в 1821 году c книги «Теория простых машин», составленной на основе его одноимённого мемуара. Эта книга стала основополагающей в развивающемся в XIX веке учении о трении. На её титульной странице [4] Кулон представлен как капитан инженерных войск, академик, кавалер орденов «Св. Людовика» и «Почётного Легиона». ^

Признание к закону Кулона приходило постепенно. Большую роль здесь сыграло теоретическое исследование Пуассона, подтвердившее, что распределение заряда по поверхности проводника, рассчитанное на основе закона Кулона, хорошо согласуется с данными опыта.

Соотношение, установленное Кулоном для взаимодействия «магнитных полюсов», вновь привлекло внимание ученых в 1820 году, после открытия Хансом Эрстедом (дат. Hans 0rsted; 1lll -1851) действия электрического тока на магнитную стрелку. Соотечественник Кулона Андрэ-Мари Ампер (фр. André-Marie Ampère; 1ll5 - 1836), основатель науки о движении электричества [6], во введении к сочинению «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта» отметил, что «... результаты вычислений полностью подтверждаются ... согласием, в котором эти результаты находятся с законами, выведенными Кулоном и Био из их опытов, первым - относительно взаимодействия двух магнитов, вторым - для взаимодействия магнита и тока».

Закон Кулона для электростатических взаимодействий в XIX веке включался в различные варианты электродинамических теорий, в рамках которых физики пытались учесть множество новых фактов и закономерностей, обнаруженных к тому времени.

Существенную роль появление единицы заряда сыграло в открытии английским ученым Майклом Фарадеем (англ. Michael Faraday; 1791 - 1867) законов электролиза. Но Фарадей пользовался не только следствиями открытий Кулона. В исследованиях электростатической индукции Фарадей применял и крутильные весы. Л

Он писал: «В качестве измерительного прибора я пользовался крутильными весами Кулона; прибор был построен в основном согласно указаниям Кулона, но с некоторыми изменениями и добавлениями... Чтобы освоиться с крутильным электрометром - весами Кулона, необходим опыт; но я считаю его весьма ценным прибором в руках того, кто решится на труд изучить путем упражнения и внимательного отношения необходимые при пользовании им предосторожности».

Дата смерти Фарадея стала началом третьего этапа развития электротехники (1867 - 1891), ознаменовавшегося прогрессирующим применением электричества в промышленности, транспорте и повседневной жизни.

В 1870 году бельгийский изобретатель Зеноб Теофил Грамм (Zénobie-Théophile Gramme; 1826 - 1901), работавший во Франции, создал генератор-электродвигатель постоянного тока, получивший широкое применение в промышленности, так как позволял получать дешевую электроэнергию и использовать её в электроприводах.

Бронзовая скульптура у Музея искусств и ремёсел в Париже, работа Матерена Моро (фр. Mathurin Moreau; 1822 - 1912) ^ В 1972 году русский инженер-электрик А.Н. Лодыгин (1847 - 1923) изобрёл

первую в мире осветительную лампу накаливания и запатентовал своё изобретение во Франции и многих других странах.

В 1875 году русский электротехник и предприниматель П.Н. Яблочков (1847 -1894) создал систему электрического освещения для общественных помещений, улиц, парков и т.д., запатентованную во Франции в 1876 году. Он явился инициатором внедрения переменного тока в систему электрического освещения на заводе Грамма разработал несколько конструкций генераторов переменного тока и изобрёл трансформатор. После триумфальной демонстрации на Международной выставке в Париже 1878 года электрическое освещение дуговыми «Свечами Яблочкова» стало называться «Русский свет».

В 1879 году Эдисон изобрёл свою лампу накаливания, пообещав: «Мы сделаем электричество настолько дешевым, что только богатые будут жечь свечи». [7]

В 1881 году в Париже состоялась Международная выставка электричества и первый Международный электрический конгресс, принёсший Кулону Международное признание. На Конгрессе были приняты основные единицы

Памятник Зеноби Грамме

Томас Альва Эдисон

электротехнических измерений (Ампер, Вольт, Ом, Фарада и др.), названные по фамилиям созидающих их выдающихся учёных, список которых возглавил Кулон (Кл).

1 Кл - это величина заряда, проходящего через проводник за время одну секунду при силе тока 1 Ампер (1 Кл = 1 А с = 1/3600 А ч). В Международную систему единиц (СИ) Кулон введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом.

COU^Q}

В Парижском музее искусств и ремёсел к указанным событиям 1881 года была открыта экспозиция «Лаборатория Кулона» с его бюстом ^ работы скульптора Джозефа Рамюса (фр. Joseph Ramus; 1805 - 1888) и академическими изданиями трудов Кулона К [4] из библиотеки Парижской консерватории искусств и ремёсел (см. Приложение 3). В 1889 году под балконом, проходящим по периметру первого этажа Эйфелевой башни на высоте 57 метров, установлены 72 ^ (18x4) гранитные скрижали с выбитыми на них фамилиями наиболее выдающихся французских учёных и инженеров XVnL..XIX веков. Среди них находится скрижаль «COULOMB». ^

В честь Кулона выпущены почтовые марки, несколько конвертов и назван кратер на обратной стороне Луны.

Одна из виньеток Я эпохи Кулона, которой завершались публикации его научных работ

Основные даты жизни Шарля Огюстена Кулона [1]

Шарль Огюстен Кулон родился 14 июня 1736 года в городе Ангулеме.

Конец 40-х - начало 50-х годов. - учеба в Коллеже Мазарини в Париже; переезд в Монпелье. ' .

1757 - избрание адъюнктом Королевского научного общества Монпелье по классу математики.

1758 - отъезд в Париж для подготовки к поступлению в Мезьерскую военно-инженерную школу.

1760 - 1761 - учеба в Военно-инженерной школе в Мезьере.

1761 - присвоение звания лейтенанта.

1762 - 1764 - служба в Бресте.

1764 - 1772 - служба на Мартинике; руководство строительством форта на Монт-Гарнье. 1770 - присвоение звания капитана.

1772 - 1774 - служба в Бушене.

1773 - Кулон представляет в Парижскую академию наук свою первую научную работу, посвященную строительной механике.

1774 - 1777 - служба в Шербуре.

1776 - Кулон представляет военному министру записку с предложениями по реорганизации Военно-инженерного корпуса.

1777 - Кулон становится победителем конкурса Парижской академии наук, посвященного разработке прибора для исследования магнитного поля Земли.

1777 - 1778 - служба в Безансоне; подготовка мемуара о проведении подводных работ.

1779 - 1780 гг.- служба в Рошфоре; опыты по исследованию внешнего трения.

1780 - 1781 - служба в Лилле.

1781 - Кулон становится победителем конкурса Парижской академии наук, посвященного внешнему трению; перевод в Париж; награждение Крестом Св. Людовика; избрание в Парижскую академию наук по классу механики.

1783 - 1784 - работа в Комиссии по каналам в Бретани.

1784 - представление мемуара о кручении тонких металлических нитей.

1785 - 1789 - работа над серией мемуаров по электричеству и магнетизму.

1785 - 1790 (?) гг.- служба в качестве интенданта вод и фонтанов короля.

1786 - присвоение звания майора.

1787 - поездка в Англию для изучения опыта организации здравоохранения. 1791 - Кулон выходит в отставку.

1791 - 1793 - работа в составе временной комиссии по мерам и весам. 1793 - Парижская академия наук распущена.

1793 - 1795 гг.— Кулон с семьей живет и работает в своем поместье близ Блуа. 1795 - избрание членом Института Франции по классу экспериментальной физики. 1802 - назначение членом комиссии по реформе народного образования. 23 августа 1806 года Кулон умер в Париже.

Приложение 1

Франц Эпинус

Франц Ульрих Мария Теодор Эпинус (нем. Franz Ulrich Maria Theodor Aepinus; 1724 - 1802, Тарту) - российский и германский физик, астроном и математик, член Петербургской кадемии наук (1756), родился в Ростоке (нем. Rostock), по национальности немец. Учился в Ростокском и Йенском университетах. Был приват-доцентом Ростокского университета, с 1755 года профессор Берлинского университета. С 1757 года жил в России, принял российское подданство. С 1764 возглавлял шифровальный отдел (чёрный кабинет) при коллегии иностранных дел (КИД), разрабатывая новые шифры для Екатерины II, российской армии и флота, а также вскрывая иностранные дипломатические шифры.

С 1765 года Эпинус преподавал физику и математику наследнику престола (Павлу I). С 1782 года - член комиссии по учреждению народных училищ, разработал проект, принятый за основу при организации низшего и среднего образования в России. Открыл и изучил явление пироэлектричества в кристаллах турмалина (1756). Опираясь на идеи Б. Франклина [3] и И. Ньютона, разработал теорию электрических и магнитных явлений, подчеркнув их сходство. Впервые объяснил явления Электростатической индукции и поляризации. Эпинус предложил идею электрофора, предсказал колебательный характер разряда лейденской банки и построил первый ахроматический микроскоп (1783).

В сборнике мемуаров графа Ф.Г. Головкина (1766 - 1823), церемониймейстера при дворе Павла, содержатся такие воспоминания: «У нас в России жил один старик... Эпинус, прикомандированный сначала к делу воспитания... Павла, а затем к департаменту иностранных дел, где ему поручалась работа с шифрами. Под очень простою внешностью это был умный человек, отличный математик и физик, настоящий философ и величайший любитель ходить пешком. Екатерина II его очень ценила и воспользовалась случаем при учреждении учительских семинарий, чему он много содействовал, чтобы наградить его орденом Святой Анны». Л

После смерти Георга Рихмана (1753) Эпинус был назначен заведующим физическим кабинетом Российской академии наук, где впервые объяснил явления электрической индукции, поляризации, предсказал колебательный характер разряда лейденской банки. Эпинус открыл пироэлектричество, образующееся не при трении, а при нагревании турмалина. Он создал первый воздушный конденсатор, изобрёл простейший электрофор, а в публикации «Опыт теории электричества и магнетизма» (1759), выдвинул гипотезу о влиянии электричества на расстоянии. Этот труд Эпинуса был высоко оценен современниками: Франклином (Эпинус послал ему экземпляр), Кавендишем, Вольтой, Кулоном, Лагранжем, Гаюи, а впоследствии и Фарадеем, Кельвином, Максвеллом и другими известными учеными. Исключая работы Л. Эйлера, ни одна из работ Санкт-Петербургской академии наук середины XVIII века не имела такого могучего резонанса. Общее признание поставило Эпинуса в ряд классиков науки.

Император Павел I был внимателен к нуждам своего престарелого учителя, и в день коронации пожаловал Эпинусу чин тайного советника. Он частый гость во дворце, камер-фурьерский журнал неоднократно отмечал его присутствие в Петергофе и Гатчине, где он располагался за одним столом с императорской четой.

Приложение 2

Работы Кулона по электричеству и магнетизму [4] Из предыстории. Первая теория электрических явлений была сформулирована Бенджамином Франклином [3] в 1750 году. Ее постулаты сводятся к следующему:

- Электрическая субстанция состоит из чрезвычайно малых частиц...

- Электрическая субстанция отличается от обыкновенной материи в том отношении, что частицы последней взаимно притягиваются, а частицы первой отталкиваются друг от друга. ..

- И хотя частицы электрической субстанции взаимно отталкивают друг друга, они сильно притягиваются всей прочей материей.

Из этих постулатов видно, что Франклин разработал унитарную теорию: электризация тела зарядом одного знака соответствовала в этой теории превышению количества электрической субстанции над равновесным, а электризация зарядом противоположного знака - недостатку электрической субстанции. Идеи Франклина получили широкое распространение, так как ему удалось объяснить многие электрические явления. Существенный дефект этой теории - она была чисто качественной.

Подход Франклина к анализу электрических явлений был развит петербургским академиком Францем Эпинусом (см. Приложение 1) в работе «Опыт теории электричества и магнетизма» (1759). Однако и Эпинусу не удалось придать теории количественный характер, хотя в этой работе обсуждается количественная характеристика электрического отталкивания и притяжения - сила. Эпинус обсуждал и вопрос о функциональной зависимости этой силы от расстояния: «....определить эти функциональные зависимости я пока что не решаюсь. Впрочем, если бы понадобилось произвести выбор между различными функциями, то я охотно утверждал бы, что эти величины изменяются обратно пропорционально квадратам расстояний. Это можно предположить с некоторым правдоподобием, ибо в пользу такой зависимости говорит аналогия с другими явлениями природы».

Использование Эпинусом аналогии при формировании гипотезы о функциональной зависимости сил электрического взаимодействия имеет очевидное объяснение. Успехи небесной механики, основанной на за-

темтамеи тиеоьае

Е[,ЕСТШС1ТАТ1$

ЕТ

МАСЪТЕТ18М1.

Ап«<3чпс (Зчяс, <]И5Л1т тог,

р!иа>о(пн1оп ^дт^ат екигкша, аЛ« га ( тартздсшп , сл^Пегс.

ц V * I о 11

Р. Г. Т. ¿ЕРто

5схп:. 1етрсг. РпгореЬпйес , Кфк Бся£щп£* 4 Ека», ЕхВД- Ме=Ьа

1 1ДНИ. АдЬвр ТспуЛ'ВИ

КГЮГОП 1ТТ15 1ШИЦЕ КШМП

коне всемирного тяготения, демонстрировали плодотворность Ньютоновского метода анализа физических явлений. Кроме того, особенности зависимости F ~ 1/Л2, где F - сила, действующая между взаимодействующими объектами, а R - расстояние между ними, были относительно хорошо изучены. Поэтому почти все попытки экспериментального исследования электрических сил сводились к проверке указанного соотношения.

В 1784 году Кулон создал чувствительный прибор для измерения малых сил и на примере исследования вязкого трения продемонстрировал его эффективность.

Мемуары Кулона 1785...1789 годов. В 1785 году Кулон представив в Парижскую академию наук мемуар под названием: «Конструкция и применение электрических весов, основанных на свойстве металлических проволок иметь силу кручения, пропорциональную углу кручения». Это был его первый мемуар из цикла работ по электричеству и магнетизму. За ним последовали:

Второй мемуар (1785): «Законы действия магнитной жидкости, так же как и жидкости электрической при притяжении и при отталкивании».

Третий мемуар (1785): «О количестве электричества, которое теряет изолированное тело за определенный промежуток времени как путем контакта с более или менее влажным воздухом, так и через опору более или менее идиоэлектрическую».

Четвертый мемуар (1786): «Два принципиальных свойства электрической жидкости: первое, что электрическая жидкость ни в одном теле не распространяется при помощи химического сродства или избирательного притяжения, но что она распространяется между различными телами, приведенными в соприкосновение, только благодаря своему отталкивающему действию; второе, что в проводящих телах эта жидкость в состоянии равновесия распространяется по поверхности тел и не проникает внутрь».

Пятый мемуар (1787): «О способе, которым электрическая жидкость разделяется между двумя проводящими телами, приведенными в соприкосновение, и о распределении этой жидкости на различных частях поверхности тел».

Шестой мемуар (1788): «Продолжение исследования распределения электрической жидкости между несколькими проводниками. Определение электрической плотности в различных точках поверхности этих тел ».

Седьмой мемуар (1789): «О магнетизме».

Крутильные весы. В первом мемуаре Кулона описана конструкция «электрических весов». Их основная часть - тонкая серебряная нить длиной 75,8 см - помещалась внутри двух цилиндров l и ABCD (Fig. 1). Верхний конец нити закрепляется в специальном держателе q (Fig. 2), соединенном с поворотной головкой b, на которой крепился указатель 0. На вершине цилиндра l устанавливалась трубка р, на выступающем ребре которой были нанесены градусные деления. На нижнем конце нити с помощью специального захвата РСФ (Fig. 3) удерживался составной цилиндр-коромысло aqg, на одном конце которого располагался бузиновый шарик а (диаметром от 4,5 до 6 мм), а на другом - пропитанный скипидаром бумажный диск g, служивший противовесом шарика а и, по выражению Кулона, «замедлявший колебания». Часть цилиндра qg была изготовлена из шелковой нити, натертой испанским воском, а часть aq - из шеллака, служившего хорошим изолятором. Длина всего цилиндра составляла 21,7 см. Нижняя часть нити и цилиндр aqg располагались внутри стеклянного цилиндра ABCD (H=0=32,5 см), по окружности которого на уровне коромысла была наклеена шкала с градусными делениями zQ. Через отверстие t (Fig. 1) и цилиндр ABCD вводился стержень Ф из шеллака, на конце которого находился бузиновый шарик t, равный по диаметру шарику а. Использование тонкой нити (0«4О мкм) обеспечивало очень высокую чувствительность весов (для закручивания коромысла с плечом 10,83 см на 360° требовалась сила F = 1,53 • 10 6 Н).

Процедура измерений в опытах по проверке закона «обратных квадратов» для сил отталкивания состояла в следующем. Закрепленный шарик t и шарик а располагались таким образом, что слегка касались друг друга. При этом шарик а находился против нулевого деления шкалы zQ, нить подвеса была не закручена, а указатель о стоял напротив нулевого деления шкалы р. После этого с помощью специального шарика, укрепленного на изолирующем стержне (Fig. 4), шарикам t и а сообщался заряд. Поскольку шарики t и а были одного диаметра, то Кулон из соображений симметрии

полагал, что заряд между ними распределялся поровну. Возникшее вследствие зарядки отталкивание между шариками приводило к тому, что нить подвеса закручивалась на некоторый угол а0, который отсчитывался по шкале zQ. Затем с помощью головки Ь верхний конец нити закручивался на определенный угол в, контролируемый по шкале р, в сторону, противоположную повороту цилиндра aqg. Увеличение закручивания нити приводило к возрастанию момента упругих сил, что в свою очередь вело к сближению шариков а и t. По шкале zQ отсчитывалось новое угловое положение цилиндра а. Затем головка, Ь поворачивалась на больший угол и отмечалось еще одно положение коромысла.

Поскольку угловое расстояние между шариками не превышало 40°, Кулон считал, что линейное расстояние между ними пропорционально угловому. Ученый проверил, является ли связь между моментом упругих сил М и углом закручивания нити ф линейной. При не слишком больших углах действительно наблюдалась пропорциональность М и ф. Поэтому Кулон заключил, что при определенном равновесном положении коромысла а электростатическая сила, действующая на заряженный шар коромысла и создающая момент, равный по величине и противоположный по направлению моменту упругих сил, может измеряться суммой углов а + в, т. е. полным углом закручивания нити. Тогда для проверки закона «обратных квадратов» следует сравнивать отношения (а + в)/а0 (характеристику силы) и (а/а0) (характеристику расстояния).

В итоге Кулон сформулировал фундаментальный закон электричества так: «Сила отталкивания двух маленьких шариков, наэлектризованных электричеством одной природы, обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами шариков».

Кулон начал исследовать силу отталкивания полярных зарядов и лишь затем перешел к изучению притяжения противоположных. Для этого ему пришлось изменить методику измерений. Причина отказа Кулона от уже проверенной методики связана с тем, что в ходе опыта не удавалось избежать касания разноименно заряженных шариков: поворот головки Ъ для

ли равновесное расстояние между шариками достаточно велико.

измерения равновесного расстояния между шариками приводил к воз-

никновению колебаний, в ходе которых и происходило касание, даже ес-

Способ исследования сил притяжения, предложенный Кулоном, Л

сводится к измерению периода колебаний цилиндра /с^, на одном конце которого закреплен заряженный диск / из позолоченной бумаги. Колебания цилиндра возникали под действием электрического поля, которое создавалось зарядом противоположного знака заряду диска, находившимся на медном шаре С. Этот шар располагался на изолирующих опорах так, что его горизонтальный диаметр оказывался на одном уровне с центром диска. Расстояние й между диском / и шаром С регулировалось путем перемещения муфты V вдоль консоли О. Цилиндр подвешивался на шелковой нити длиной 1,8 см, столь тонкой, что при небольших амплитудах колебаний крутильным моментом можно пренебречь. Таким образом, Кулон очень тонко использовал знание упругих свойств нитей относительно кручения.

Кулон проводил измерения для трех расстояний й между центрами шара и диска /. Он считал, что поле, создаваемое зарядом, находящимся на шаре С (диаметр 32,5 см), эквивалентно полю точечного заряда, помещенного в центре шара. Однако поскольку диаметр диска / (2 см) много меньше, чем расстояние й между его центром и центром шара, и амплитуда колебаний мала, то поле в области пространства, где происходят колебания диска, можно считать однородным. Тогда колебания заряженного диска можно уподобить колебаниям математического маятника, происходящим в поле тяжести Земли. Как известно, период колебаний математического маятника Тм обратно пропорционален квадратному корню из ускорения свободного падения. Это соотношение в принципе можно записать в виде ТМ ~ (mg)-1/2. По аналогии период колебания Т заряженного диска / в опыте Кулона должен быть обратно пропорционален квадратному корню из силы ¥, действующей на диск со стороны шара: Т ~ F -1/2. Тогда если электростатическая сила притяжения Б ~ то T ~ d.

Кулон использовал метод колебаний и для изучения сил отталкивания и получил еще одно подтверждение закона «обратных квадратов». Он считал очевидным тот факт, что сила электрического взаимодействия зарядов пропорциональна произведению их «электрических масс», и не стал доказывать это утверждение опытным путём.

В замечаниях, которыми он сопроводил свой мемуар, можно найти упоминания о «методе деления заряда», позволяющем проверить пропорциональность силы произведению зарядов. Суть этого метода состоит в следующем. Пусть сначала шарам крутильных весов сообщаются произвольные заряды ^ и и определяется сила взаимодействия между шарами. Затем неподвижного шара весов, имеющего заряд ^ касаются точно таким же незаряженным шаром. В результате соприкосновения заряд ^ вследствие симметрии распределяется поровну между двумя шарами. После этого вновь измеряют силу взаимодействия между шарами крутильных весов, которые теперь обладают зарядами q1/2 и q2. Эту процедуру можно повторить несколько раз. Если последовательно измеренные силы ¥1, ¥2, ¥3, ... образуют отношение 1:1/2:1/4, то это означает, что сила взаимодействия действительно пропорциональна величинам зарядов.

Электрические я вления . Закончив работу по определению зависимости сил электрического притяжения и отталкивания от расстояния, Кулон занялся исследованием различных электрических явлений. Еще в первом мемуаре Кулон обратил внимание на явление утечки электрического заряда, по его словам, «уменьшение электрической плотности». В третьем мемуаре он подробно исследовал это явление, обусловленное множеством причин, разобраться в которых без понимания природы электричества и знаний о строении вещества кажется практически невозможным. Тем не менее и на этот раз Кулон сумел провести довольно точные опыты и высказать ряд правдоподобных гипотез.

Основным результатом Кулона было установление экспоненциального закона убывания заряда с течением времени: q(t) = q0e"t/x, где q0 - заряд шара в начальный момент времени ^ = 0), т - постоянная, зависящая от условий проведения опыта.

Кулон связывал утечку зарядов с двумя причинами. Первая возникала из-за наличия в воздухе частиц, которые при соприкосновении с заряженным телом принимают на себя часть его заряда, а затем отталкиваются и уносят приобретенное электричество. Ученый писал, что «... более быстрое или более медленное убывание электричества зависит От количества влаги или от числа проводящих частиц, которые находятся в одном и том же объеме воздуха... при той же самой степени влажности в теплые дни электричество должно быстрее исчезать, чем в холодные». Второй причиной утечки электричества по мнению Кулона было несовершенство изоляционных материалов.

В следующем мемуаре серии Кулон доказал, что «электрический флюид распространяется во всех телах в соответствии с их формой», и что конечное распределение заряда не зависит от химической природы тел. В этом же мемуаре Кулон теоретически и экспериментально доказал, что заряд, сообщенный проводящему телу, распределяется только по поверхности тела и не попадает внутрь.

Экспериментируя Кулон пользовался чувствительным электрометром, состоящим из маленького диска Ь сусального золота, ^ приклеенного к тонкому шеллачному стерженьку. Последний прикреплялся к верхней части иголки, подвешенной за ушко в стеклянном цилиндре (для устранения влияния конвективных потоков).

Метод Кулона определения плотности поверхностного заряда с помощью пробного диска

К доказательству распределения электричества исключительно по поверхности произвольно проводящего тела (AFB) по Кулону

Кулон доказывал это положение, разделяя все взятое тело произвольной формы на две части. В качестве одной из них берется бесконечно малый шаровой сегмент dae, вершиной которого является рассматриваемая произвольно взятая точка поверхности а. Через эту точку проводится бесконечно малая внутренняя нормаль ab, так что точка b лежит на плоскости, ограничивающей указанный сегмент. Затем в теле вырезается сегмент dee, симметрично расположенный к первоначальному и равный ему. Тогда бесконечно малая часть daeb будет действовать на точку b вдоль прямой ab. Поскольку, по предположению, электрический флюид распространен по всему телу, то в силу закона непрерывности, плотность флюида в точке с, которая удалена от а на бесконечно малое расстояние са, может отличаться от таковой в а лишь на бесконечно малую величину. Таким образом, маленькая масса флюида, содержащаяся во втором сегменте, должна находиться в равновесии с массой флюида, заключенной в первом сегменте.

Отсюда следует, что действие всей массы флюида, содержащейся внутри остальной части тела, должно было бы быть равно нулю; это невозможно, если действие массы флюида, находящейся на конечном расстоянии от данной точки а, не является бесконечно малым по сравнению с действием элементарного количества флюида, находящегося в непосредственной близости к этой точке (если только плотность этих масс не равна нулю!). Отсюда следует, что при равновесном состоянии электрического флюида весь этот флюид находится на поверхности тела и не будет содержаться внутри него.

Пятый и шестой мемуары Кулона посвящены количественному анализу распределения заряда между соприкасающимися проводящими телами и определению плотности заряда на различных участках поверхности этих тел. Ученый рассматривает соприкасающиеся шары, отношение диаметров которых варьируется в широких пределах, изучает случай касания шара и цилиндра, распределение по системе, состоящей из большого числа шаров. В шестом мемуаре Кулон исследовал и «электрическое состояние различных частей неэлектризованного тела, поднесенного к наэлектризованному телу на расстояние, достаточно большое, чтобы электричество последнего не могло бы передаваться неэлектризованному

телу через слой воздуха, их разделяющий». Главным в этих ра-

Одна из конфигураций шаров, в которой Кулон ботах Кулона были экспериментальные результаты. С помощью исследовал распределение электрического заряда.

множества малых шаров можно было смоделировать сколь угодно сложное тело. Удивительно точные результаты, полученные при этом, стали реальным основанием математической

V У

a. J J "Т-—

'jL_" T

----

Схема опыта Кулона по исследованию распределения зарядов на изолированном теле, находящемся в поле заряженного шара.

теории электростатического потенциала, построенной в 1811 году французским ученым Симеоном Пуассоном (фр. Siméon Poisson; 1781 - 1840).

Кулон не разделял унитарной теории Франклина-Эпинуса и старался излагать свои результаты без ссылки на какие-либо воззрения о природе электричества. Его позиция по этому вопросу отразилась в следующем высказывании: «Какова бы ни была причина электричества, все явления будут объяснены и расчет окажется соответствующим результатам опытов, если предположить, что существуют две электрические жидкости, и считать, что части одной и той же жидкости отталкивают друг друга обратно пропорционально квадрату расстояния и притягивают части другой жидкости также обратно пропорционально квадрату расстояния».

Применительно к магнетизму Кулон пытался решить те же задачи, что и для электричества. Описание экспериментов с постоянными магнитами составляет существенную часть второго мемуара и практически весь седьмой мемуар серии. При этом он основывался на аналогии между взаимодействием наэлектризованных и намагниченных тел. Методы, с помощью которых Кулон изучал магнитное взаимодействие, также аналогичны методам, примененным им при исследовании электричества. Сила взаимодействия между неподвижным намагниченным стержнем и горизонтально подвешенной магнитной стрелкой определялась по измерению периода колебания стрелки. Второй метод был основан на использовании крутильных весов, конструкция которых отличалась большими размерами, поскольку на нити крутильного подвеса требовалось укреплять стрелки длиной до 68 см.

По сравнению с опытами по электричеству при постановке экспериментов с намагниченными телами перед Кулоном возникло несколько дополнительных трудностей. Прежде всего требовалось корректно учесть влияние на результаты опытов магнитного поля Земли. Эту трудность Кулон сумел преодолеть. Гораздо серьезней были две взаимосвязанные проблемы: как реализовать изолированный магнитный полюс, и по отношению к каким точкам взаимодействующих намагниченных тел следует отсчитывать расстояние между ними? Но эти проблемы не имеют точного решения, поскольку в природе изолированный магнитный полюс до сих пор не обнаружен. Однако с некоторым приближением точечным магнитным полюсом можно считать конец длинной намагниченной стрелки. Это было доказано Кулоном с помощью специальных опытов. Во втором мемуаре он написал:

«Три проведенных эксперимента показывают, что центр действия каждой половины стержня находится на очень малом расстоянии от его конца. При длине стержня 68 см не следует опасаться заметной ошибки, считая, что весь магнитный флюид сконцентрирован на расстоянии 5,4 или 8,1 см (от концов стержня)».

Таким образом, отнеся центр магнитной массы к концу стержня, Кулон получил возможность отсчитывать расстояния между намагниченными телами и, значит, установить закон магнитного взаимодействия: «Притягивательное и отталкивательное действие магнитных флюидов пропорционально их плотности и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними». Этот закон также называют иногда законом Кулона, но область его применения сильно ограничена.

Кроме установления закона взаимодействия магнитных полюсов, Кулон обнаружил или подтвердил и изучил много фактов о свойствах намагниченных тел и магнитных материалов. В частности, он исследовал распределение магнитного поля вдоль длинных и коротких намагниченных стержней, зависимость магнитных свойств железа от температуры и характера механической обработки, пришел к выводу о том, что магнитные свойства железа зависят от его тепловой и механической предыстории.

В своих работах Кулон касался и природы магнетизма. Для объяснения широко известного факта неразделимости полюсов магнита на северный и южный полюса, он привлекал представление о распределении магнитного флюида между молекулами: «... Суть состоит в том, что в рамках системы Эпинуса предполагается, что магнитный флюид заключен в каждой молекуле или в каждой составной части магнита или стали; что флюид можно перемещать с одного конца этой молекулы на другой, создавая тем самым у каждой молекулы два полюса; однако этот флюид не может переходить от одной молекулы к другой.

Таким образом, например, если одна намагниченная стрелка имеет очень малый диаметр или если каждая молекула может рассматриваться как малая стрелка, северный конец которой соединен с южным концом предыдущей, то у этой стрелки будут иметься лишь два конца п и s,

которые проявят признаки магнетизма... Если похожую стрелку после на- - ,, н , т * ■ г г». магничиеания разрезать на две части в точке а, то, например, конец а части

па будет иметь ту же силу, что имел конец s целой стрелки, а конец а части sa аналогично будет иметь ту же силу, какую имел конец п стрелки до ее разрезания».

Общность полученных Кулоном результатов в области магнетизма гораздо меньше, чем установленных для электричества из-за сложности физики процессов, протекающих в ферромагнетиках. Кулон и в дальнейшем после не раз обращался к проблемам магнетизма, но эти работы носили главным образом прикладной характер, о чем свидетельствуют их названия, например: «Результат различных методов, применяемых для сообщения стальным пластинкам и стержням наибольшей степени магнетизма».

Таким образом, Кулон заложил основы электро- и магнитостатики. Им были получены экспериментальные результаты, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение. Для истории физики его эксперименты с крутильными весами имели важнейшее значение еще и потому, что они дали в руки физиков метод определения единицы электрического заряда через величины, использовавшиеся в механике: силу и расстояние, что позволило проводить количественные исследования электрических явлений. В этом состоит особая роль метода крутильных весов Кулона.

Приложение 3

Парижский Музей искусств и ремёсел

В 1794 году аббат Анри Грегуар (фр. Harry Grégoire) предложил Национальному конвенту проект создания «Консерватории искусств и ремёсел» (фр. Conservatoire des arts et métiers, CNAM) с целью «... изучение и сохранение машин и инструментов, чертежей, и моделей, книг и различной документации всех существующих искусств и ремёсел». Утверждённая, как учебное заведение нового типа, Консерватория (от лат. conservare - охранять, сохранять) стала хозяйкой множества конфискованных во время революции частных технических коллекций. В 1798 году эти коллекции перевели в национализированный католический монастырь Сен-Мартен-де-Шан, (фр. Saint-Martin-des-Champs), где служил аббат Грегуар, и в 1802 году на его месте открылся Музей искусств и ремёсел (фр. Musée des arts et métiers). ^ Сюда же отправили часть коллекций, конфискованных у Королевской академии наук, а также частные собрания аристократов, увлекавшихся техническими диковинками. Этот музей считается старейшим техническим музеем Европы и до сих пор является подразделением CNAM, ставшим одним из наиболее престижных институтов страны. Его преподаватели проводят занятия по разным областям техники и технологии, а студенты имеют возможность практиковать полученные знания на выставленных в музее машинах. Особой популярностью этот вуз пользуется у студентов, совмещающих обучение с работой. Его филиалы работают во многих французских городах.

Сегодня музейный фонд состоит из 80 тысяч экспонатов, из которых 2500 находятся в общественном доступе. Коллекции содержат множество технических макетов и чертежей, использовавшихся в XIX и XX веке. В середине XIX века при Музее была создана лаборатория экспериментальной механики, добавлялись модели, иллюстрировавшие индустриальный прогресс и успехи в бумажном, текстильном, керамическом производстве и многих других сферах. Множество экспонатов посвящено теме развития технологии массовой печати, радиовещания, телевидения, фотографии, кинематографа, мобильной телефонии и Интернета.

Постоянная экспозиция музея разбита на 7 частей: Научные и измерительные инструменты; Строительство; Материалы; Коммуникации; Энергия; Механика; Транспорт. Каждый из разделов экспозиции музея организован в хронологическом порядке. Среди экспозиций Музея особым вниманием пользуется «Лаборатория Лавуазье», с 1791 года принимавшего участие в работе «Совещательного бюро искусств и ремёсел» по отбору наиболее ценных экспонатов для музея и поощрения их создателей.

Неизменное внимание посетителей Музея привлекает экспозиция «Созидание "Статуи свободы"» французского скульптора Фредерика Бартольди (фр. Frédéric Auguste Bartholdi). Это был совместный франко-американский проект, по которому американская сторона возводила пьедестал, а французы изготовляли статую и затем собирали ее в СШ . Конструкцию мощной железной опоры и 46-метрвого каркаса, позволяющей медной оболочке статуи свободно двигаться при сохранении равновесия самой статуи разработал Эйфель. [8] Статуя транспортировалась из Франции в США в разобранном на 350 частей виде и упакованная в 214 ящиков. Сборка статуи на пьедестале заняла четыре месяца. 28 октября 1886 года при большом скоплении народа прошла церемония её открытия. Копия "Статуи Свободы" на Лебедином острове в Париже Я

В.П. Самохин в «Парижском музее искусств и ремёсел» (2012 год)

Ц * » Кадры изегосъёмок **** Фрагмент памятника 3. Грамме

№

Ш !

■Я*.

'Шсцтрп гвии ;■'.

ИаШ аг™ tЯiь

На Лебедином острове - узкой искусственной дамбе на реке Сена, Я недалеко от Эйфелевой башни, находится копия скульптуры Ф. Бартольди "Статуя свободы" высотой 11,5 м, подаренная американцами французам в 1889 году и обращенная лицом к своей старшей сестре, открытой в нью-йоркской гавани в 1886 году. Другая копия "Статуи свободы" установлена в «Музее искусств и ремёсел». Здесь же развёрнута экспозиция, демонстрирующая, как способом архитектурной стереометрии строителями Я масштабируются авторские размеры скульптуры к заданным в реализуемом проекте.

Список литературы

1. Филонович С.Р. Шарль Кулон. М.: Просвещение, 1988. - 111 с.: илл.

2. Самохин В.П., Тихомирова Е.А. Памяти Бенджамина Франклина// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2015, вып. 4. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/770515.html (дата обращения 25.05.2016).

3. Самохин В.П., Мещеринова К.В. Памяти Але^ндро В0льты// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2015, вып. 3. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/763125.html (дата обращения 25.05.2016).

4. Coulomb, Charles Augustin. Mémoires/ http://cnum.cnam.fr/ Электронная библиотека истории науки и техники. Режим доступа: http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_8CA121-1.pdf (дата обращения 25.05.2016).

5. Самохин В.П., Мещеринова К.В., Тихомирова Е.А. Андре-Мари Ампер// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2015, вып. 1. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/755871.html (дата обращения 25.05.2016).

6. Самохин В.П. Памяти Томаса Алва Эдисона// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2011, вып. 12. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/282286.html (дата обращения 25.05.2016)..

7. Membres de l'Académie des sciences depuis sa création Charles Coulomb// Institut de France. Режим доступа: http://www.academie-sciences.fr/pdf/dossiers/Coulomb/Coulomb_oeuvre.htm (дата обращения 25.05.2016).

8. Самохин В.П. Александр Гюстав Эйфель// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2012, вып. 10. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/483448.html (дата обращения 25.05.2016).