查利·奧古斯丁·庫侖(Charles-Au-gustin de Coulomb,1736年6月14日-1806年8月23日),法國物理學(xué)家、工程師,也是庫侖定律的提出人。
庫侖出生于法國昂古萊姆城,早年家境殷實,自幼受到良好的教育,曾就讀于美西也爾工程學(xué)校。畢業(yè)后,庫侖被調(diào)往軍隊工作,在軍隊中庫侖得以接觸各種材料。1773年,庫侖發(fā)表了一篇關(guān)于材料強度的論文,提出的提出了計算物體上應(yīng)力和應(yīng)變的情況分布的方法成為了結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。后因病返回法國。1777年,庫侖發(fā)現(xiàn)絲線在扭轉(zhuǎn)時的扭力和磁針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系,同時可利用裝置計算出靜電力或磁力的大小。1779年,庫侖通過研究摩擦力得出了摩擦定律,并于兩年后發(fā)現(xiàn)了摩擦力與壓力的關(guān)系,提出了摩擦定律、滾動定律等。1784年至1785年期間,庫侖不僅確定了金屬絲的扭力定律,還通過自己研發(fā)的扭秤測出了靜電力和磁力的大小,并經(jīng)過總結(jié)推算得出了庫侖定律。1785年至1789年期間,庫侖不僅發(fā)表了多篇關(guān)于“扭秤”和“電擺”的論文,還出版了《電氣與磁性》一書。法國大革命期間,庫侖退休到布盧瓦的小莊園里進行科學(xué)研究,后又被法國皇帝拿破侖·波拿巴任命為教育委員會委員。1806年8月23日,庫侖于法國巴黎病逝,享年七十歲。
庫侖一生致力于力學(xué)、電磁學(xué)、工程方面的研究。其在力學(xué)方面不僅提出了庫侖摩擦定律和彈性扭轉(zhuǎn)定律,在土力學(xué)方面,還被譽為“土力學(xué)之始祖”。在電磁學(xué)方面,提出了電學(xué)史上重要里程碑的定量規(guī)律—庫侖定律。在工程方面,庫侖設(shè)計的水下作業(yè)法一直沿用至現(xiàn)代。而為了紀念庫侖,現(xiàn)代電荷量的標(biāo)準單位名稱就為庫侖(C)。
人物生平
早年經(jīng)歷
1736年6月14日,庫侖出生于法國的昂古萊姆城(Augou Leme)的一個富人家庭。因其家境殷實,所以自幼受到良好的啟蒙教育。青少年時期也接受了完整的學(xué)校教育。中學(xué)畢業(yè)后,庫侖進入美西也爾工程學(xué)校就讀。同時,因為該學(xué)校對于理論知識和應(yīng)用知識的重視,為庫侖之后的發(fā)展起到了一定作用。
軍中研究
當(dāng)庫侖以優(yōu)異的成績于學(xué)校畢業(yè)后,庫侖被調(diào)往了軍隊負責(zé)建筑軍事要塞的工作。之后又被派往了法國殖民地的西印度群島中的馬提尼克島工作,并在馬提尼克島工作了9年,而因為從事軍隊的軍事建筑工作,使庫侖能夠長期的接觸各種材料。
1773年,庫侖發(fā)表了一篇有關(guān)材料強度的論文,并在論文中提出了計算物體上應(yīng)力和應(yīng)變的情況分布的方法,而這種方法也成為了結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1776年,庫侖因病返回了法國,而此時的庫侖也開始從事科學(xué)上的研究工作,并將主要精力放在了研究工程和靜電力學(xué)的問題上。
專注科研
1777年,因航海需要,法國科學(xué)院發(fā)出懸賞以征求找到改良航海指南針中的磁針的方法。而庫侖在研究靜力學(xué)時,找到了解決方法,庫侖認為,把磁針支架在軸上,磁針和軸之間必然會產(chǎn)生摩擦,因此要改良磁針,保證指南針的精準度,就必須要解決摩擦這個最根本的問題。庫侖提出了用細頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針的想法,并在研究當(dāng)中庫侖發(fā)現(xiàn),絲線在扭轉(zhuǎn)時的扭力和磁針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系,并且可以利用這種裝置來計算出靜電力或磁力的大小。
1779年,庫侖通過研究摩擦力得出了摩擦定律,并于同年出版了《簡單器械原理》一書,并在書中提出了有關(guān)潤滑劑的理論。
學(xué)術(shù)突破
1781年,庫侖當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。同時,庫侖還發(fā)現(xiàn)了摩擦力與壓力的關(guān)系,表述出摩擦定律、滾動定律和滑動定律。設(shè)計出水下作業(yè)法,類似現(xiàn)代的沉箱。而且?guī)靵鰹榱四軌蚶^續(xù)擁有良好的科學(xué)實驗條件,仍選擇留在軍隊中工作。
1784年至1785年期間,庫侖又發(fā)表了關(guān)于金屬絲和扭轉(zhuǎn)彈性的論文確定了金屬絲的扭力定律。并且還根據(jù)自己發(fā)現(xiàn)的絲線扭轉(zhuǎn)定律制成了測力儀—扭秤(即彈簧秤),它能以較高的精度測出靜電力和磁力的大小。庫侖利用他的扭秤對靜電力和磁力進行了測量,先后總結(jié)推出了靜電力與磁力的計量規(guī)律,即庫侖定律。
1785年至1789年期間,庫侖以實驗技術(shù)和技巧對電荷間的作用力作了一系列的研究,連續(xù)在皇家科學(xué)院備忘錄中發(fā)表一系列關(guān)于電學(xué)的論文。1785年的三篇是關(guān)于用“扭秤”和“電擺”測電力得到電力定律的論文,詳細地介紹了他的實驗裝置,測試經(jīng)過和實驗結(jié)果。1786年的一篇是關(guān)于電荷分布情況的研究,他獨立地發(fā)現(xiàn)電荷僅僅分布在導(dǎo)體表面,他對這一現(xiàn)象進行分析后指出,這只能是電力與距離的平方反比的結(jié)果。同時還在此期間先后出版了《電氣與磁性》一書。
晚年生活
法國大革命期間,庫侖辭去一切職務(wù),退休到布盧瓦的小莊園里進行科學(xué)研究。后于1802年被拿破侖·波拿巴任命為教育委員會委員,三年后又升任為教育監(jiān)督主任。1806年8月23日,庫侖于法國巴黎病逝,享年七十歲。
人物成就
力學(xué)方面
土力學(xué)
庫侖直接從事工程實踐,并善于從中歸納出理論規(guī)律。他對力學(xué)有多方面的貢獻。如:庫侖根據(jù)對梁彎曲理論的研究,得知梁的中間部分起的作用不大,如果挖掉這一部分,對梁的承載力影響很小,從而減輕梁的自重。1773年他向法國科學(xué)院提出《極大值和極小值規(guī)則在建筑靜力學(xué)問題中的應(yīng)用》的論文,指出矩形截面棟梁彎曲時中性軸的位置和內(nèi)力分布,還給出擋土墻豎直面所受土壓力的公式,這也就是現(xiàn)代工字形梁、T形梁及箱形梁的由來。另外,文中研究了土的抗剪強度,并提出了土的抗剪強度準則(莫爾-庫侖定律),還對擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力的確定進行了系統(tǒng)研究,首次提出了主動土壓力和被動土壓力的概念及其計算方法(即庫侖土壓理論)。該文在3年后的1776年由科學(xué)院刊出,被認為是古典土力學(xué)的基礎(chǔ),他因此也稱為“土力學(xué)之始祖”。
庫侖摩擦定律
1781年庫侖以《簡單機械理論》一文獲法國科學(xué)院獎,文中運用物體滑動時摩擦力和法向壓力成正比的關(guān)系求解平衡問題。滑動摩擦的這一關(guān)系雖在1693(一說1697)年已為G.阿蒙通所知,但現(xiàn)代仍通稱為庫侖摩擦定律。另外,庫侖摩擦定律也被稱為古典摩擦定律,基于實驗建立的庫侖摩擦定律,也揭示了滑動摩擦的基本性質(zhì),現(xiàn)代仍用于工程計算方面。
彈性扭轉(zhuǎn)定律
庫侖在用扭秤測量電的排斥力時,曾研究過金屬絲的彈性扭轉(zhuǎn),他認為磁針支架在軸上,必然會帶來摩擦,提出用細頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時的扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系,從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小,這導(dǎo)致他發(fā)明了扭秤。其結(jié)果寫在1784年發(fā)表的論文《金屬絲彈性和扭轉(zhuǎn)力的理論和實驗研究》中,文中給出扭擺微振動方程和周期的公式,并指出扭矩與轉(zhuǎn)角、金屬絲直徑和長度之間的關(guān)系,確立了彈性扭轉(zhuǎn)定律。
電磁學(xué)方面
庫侖定律
庫侖是最早研究電現(xiàn)象的科學(xué)家之一。他在1785年到1789年之間,通過精密的實驗對電荷間的作用力作了一系列的研究,連續(xù)在皇家科學(xué)院備忘錄中發(fā)表了很多相關(guān)的文章。他在1785年用扭秤推導(dǎo)出兩靜止電荷間相互作用力的定律(現(xiàn)稱庫侖定律)。他指出地磁場對磁鐵作用的力偶同偏差角的正弦成正比,建立了磁體在磁場中運動方程并根據(jù)振動周期求出磁矩。而庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個定量規(guī)律,電學(xué)的研究從此由定性進入定量階段,是電學(xué)史上重要里程碑。
極化模型
在對電學(xué)和磁學(xué)的研究方面,庫侖還提出了帶電物體因漏電而損失電量的衰減公式和分子的極化模型等。而極化模型又是之后安培提出分子電流的重要思想基礎(chǔ)。
工程方面
庫侖在工程方面也作出過重要的貢獻。他曾設(shè)計了一種水下作業(yè)法。這種作業(yè)法類似于現(xiàn)代的沉箱,它是應(yīng)用在橋梁等水下建筑施工中的一種較為重要的方法之一。
主要論文與著作
社會職務(wù)
榮譽
人物評價
英國物理學(xué)家托馬斯·楊(Thomas Young)曾稱贊:“庫侖的道德品質(zhì)是同他的數(shù)學(xué)研究一樣出色的。”
《大學(xué)物理》作者駱成洪,劉笑蘭曾在書中評價:“很多物理學(xué)巨匠都曾作出過杰出的貢獻。法國物理學(xué)家查利·奧古斯丁·庫侖就是其中影響力非常巨大的一員。”
《電磁學(xué)》一書評價:“庫侖是18世紀最偉大的物理學(xué)家之一,他的杰出貢獻是永遠也不會磨滅的。”
后世紀念
庫侖因其在電磁學(xué)領(lǐng)域的貢獻,所以現(xiàn)代電荷量的標(biāo)準單位名稱就為庫侖(C)。
參考資料 >
庫侖.中國大百科全書.2024-04-13