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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Loi fondamentale de l'électrostatique. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Les phénomènes électriques ont progressivement perdu leur caractère original de phénomènes naturels isolés et amusants et ont progressivement formé une sorte d'unité, que les théories existantes ont tenté de recouvrir de plusieurs principes de base. Il était temps de passer de la recherche qualitative à la recherche quantitative. Cette direction de recherche est clairement exprimée dans les travaux de 1859 de l'académicien de Saint-Pétersbourg F. Epinus (1724-1802). Épinus fonde sa réflexion mathématique sur les principes suivants : tout corps possède dans son état naturel une quantité bien définie d'électricité. Les particules du fluide électrique sont mutuellement repoussées et attirées par la matière ordinaire. Les effets électriques apparaissent lorsque la quantité de fluide électrique dans le corps est supérieure ou inférieure à ce qui devrait être à l'état naturel. Épinus fait l'hypothèse : "... je n'ose toujours pas déterminer ces dépendances fonctionnelles. Cependant, s'il fallait faire un choix entre différentes fonctions, alors je soutiendrais volontiers que ces quantités changent en inverse des carrés des distances Cela peut être supposé avec une certaine plausibilité, car en faveur d'une telle dépendance, apparemment, l'analogie avec d'autres phénomènes naturels parle. Aepinus a été suivi par Henry Cavendish (1731–1810), qui, dans son article de 1771, accepte les hypothèses d'Aepinus avec un changement: l'attraction de deux charges électriques est supposée être inversement proportionnelle à un certain degré de distance, non encore spécifié. Cavendish, utilisant un raisonnement mathématique, conclut : si la force d'interaction des charges électriques obéit à la loi du carré inverse, alors "presque toute" la charge électrique est concentrée sur la surface même du conducteur. Ainsi, une manière indirecte d'établir la loi d'interaction des charges est esquissée. La principale difficulté dans l'établissement de la "loi des forces électriques" était de trouver une situation expérimentale dans laquelle les forces pondéromotrices coïncideraient avec les forces agissant entre les charges élémentaires. Peut-être que l'approche correcte de ce problème a été trouvée en premier lieu par le naturaliste anglais J. Robison (1739–1805). La méthode expérimentale utilisée par Robison était basée sur l'idée que des charges en interaction peuvent être considérées comme des charges ponctuelles lorsque les dimensions des sphères sur lesquelles elles sont localisées sont bien inférieures à la distance entre les centres des sphères. L'installation avec laquelle l'Anglais a effectué des mesures est décrite dans son ouvrage fondamental "The System of Mechanical Philosophy". L'ouvrage fut publié après sa mort, en 1822. Compte tenu des erreurs de mesure, Robison a conclu : "L'action entre les sphères est exactement proportionnelle à l'inverse du carré de la distance entre leurs centres." Cependant, la loi fondamentale de l'électrostatique ne porte pas le nom de Robison. Le fait est que le scientifique n'a rendu compte des résultats obtenus qu'en 1801 et les a décrits en détail encore plus tard. A cette époque, les travaux du scientifique français Pendentif. Charles Augustin Coulomb (1736-1806) est né à Angoulême dans le sud-ouest de la France. Après la naissance de Charles, la famille s'installe à Paris. Au début, le garçon a fréquenté le Collège des Quatre Nations, également connu sous le nom de Collège de Mazarin. Bientôt son père fait faillite et laisse sa famille à Montpellier, dans le sud de la France. Le conflit entre la mère et le fils a conduit au fait que Charles a quitté la capitale et a déménagé chez son père. En février 1757, lors d'une réunion de la Société royale scientifique de Montpellier, un jeune amateur de mathématiques lit son premier ouvrage scientifique, « Essai géométrique sur les courbes proportionnelles moyennes ». Par la suite, Coulomb prit une part active aux travaux de la société et présenta cinq autres mémoires - deux sur les mathématiques et trois sur l'astronomie. En février 1760, Charles entre à l'école du génie militaire de Mézières. En novembre de l'année suivante, Charles est diplômé de l'École et est affecté à un grand port de la côte ouest de la France, Brest. Puis il est venu en Martinique. Au cours des huit années passées là-bas, il a été gravement malade à plusieurs reprises, mais à chaque fois il a repris ses fonctions officielles. Ces maladies ne sont pas passées inaperçues. Après son retour en France, Coulomb ne pouvait plus être considéré comme une personne en parfaite santé. Malgré toutes ces difficultés, Coulomb remplit très bien ses fonctions. Son succès dans la construction du fort du Mont Garnier est marqué par une promotion : en mars 1770, il reçoit le grade de capitaine - à cette époque cela peut être considéré comme une promotion très rapide. Bientôt, Coulon tomba de nouveau gravement malade et soumit finalement un rapport demandant un transfert en France. De retour dans son pays natal, Coulomb est affecté à Bushen. Il y achève une étude commencée pendant son service aux Antilles. Bon nombre des idées qu'il a formulées dans ses tout premiers travaux scientifiques sont encore considérées comme fondamentales par les spécialistes de la résistance des matériaux. En 1774, Coulomb est transféré dans le grand port de Cherbourg, où il sert jusqu'en 1777. Là, Coulomb a été engagé dans la réparation d'un certain nombre de fortifications. Ce travail a laissé beaucoup de temps pour les loisirs et le jeune scientifique a poursuivi ses recherches scientifiques. Le principal sujet qui intéressait Coulomb à cette époque était le développement d'une méthode optimale de fabrication d'aiguilles magnétiques pour des mesures précises du champ magnétique terrestre. Ce sujet a été donné dans un concours annoncé par l'Académie des sciences de Paris. Deux gagnants du concours en 1777 ont été annoncés à la fois - le scientifique suédois van Schwinden, qui avait déjà présenté les travaux pour le concours, et Coulomb. Cependant, pour l'histoire des sciences, ce n'est pas le chapitre des mémoires de Coulomb consacré aux aiguilles magnétiques qui présente le plus d'intérêt, mais le chapitre suivant, où sont analysées les propriétés mécaniques des fils auxquels sont accrochées les flèches. Le scientifique a mené une série d'expériences et a établi l'ordre général de dépendance du moment de la force de déformation de torsion sur l'angle de torsion du fil et sur ses paramètres: longueur et diamètre. La faible élasticité des fils de soie et des cheveux par rapport à la torsion a permis de négliger le moment d'apparition des forces élastiques et de supposer que l'aiguille magnétique suit exactement les variations de déclinaison. Cette circonstance a incité Coulomb à étudier la torsion des fils métalliques cylindriques. Les résultats de ses expériences ont été résumés dans l'ouvrage "Études théoriques et expérimentales de la force de torsion et de l'élasticité des fils métalliques", achevé en 1784. L'étude de Coulomb sur la torsion de fils métalliques fins pour le concours de 1777 a eu une conséquence pratique importante : la création de balances de torsion. Cet appareil pouvait être utilisé pour mesurer de petites forces de diverses natures et offrait une sensibilité sans précédent au XVIIIe siècle. Ayant développé l'appareil physique le plus précis, Coulomb a commencé à chercher une application valable pour cela. Le scientifique commence à travailler sur les problèmes de l'électricité et du magnétisme. Le résultat le plus important obtenu par Coulomb dans le domaine de l'électricité fut l'établissement de la loi fondamentale de l'électrostatique - la loi d'interaction des charges ponctuelles stationnaires. Le scientifique formule la loi fondamentale de l’électricité comme suit : "La force répulsive de deux petites boules, électrifiées par une électricité de même nature, est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les centres des boules." Coulomb a commencé par mesurer la dépendance de la force répulsive de charges similaires à la distance et a mené de nombreuses expériences. Le scientifique donne les résultats de trois mesures dans lesquelles les distances entre les charges étaient rapportées à 36:18:172 et les forces répulsives correspondantes à 36:144:5751, c'est-à-dire que les forces sont presque exactement inversement proportionnelles aux carrés des distances. En réalité, les données expérimentales diffèrent quelque peu de la loi théorique. Coulomb considère que les principales raisons de l'écart, outre certaines simplifications adoptées dans le calcul, sont les fuites d'électricité au cours de l'expérience. La tâche de mesurer la force d'attraction s'est avérée plus difficile, car il est très difficile d'empêcher la bille en mouvement du balancier d'entrer en contact avec une autre charge de signe opposé. Néanmoins, Coulomb réussit assez souvent à trouver un équilibre entre la force d'attraction de deux balles et la force d'opposition du fil torsadé. Les données expérimentales obtenues indiquent que la force d'attraction obéit également à la loi du carré inverse. Mais Coulomb n'était pas non plus satisfait de ces résultats. « Pour confirmer cette loi, qui, comme il le prévoyait, jouerait un rôle fondamental dans la théorie de l'électricité, écrit M. Gliozzi, Coulomb recourut à une nouvelle méthode originale de mesure des petites forces, qui avait déjà été utilisée auparavant pour mesurer la force magnétique d'une pointe en acier. Cette méthode s'est avérée très efficace et est maintenant connue sous le nom de "méthode d'oscillation" Elle est basée sur le fait que, tout comme la fréquence d'oscillation d'un pendule dépend de l'amplitude de la force de gravité en un lieu donné, donc la fréquence d'oscillation d'une aiguille électrifiée oscillant dans un plan horizontal dépend de l'intensité de la force électrique agissant sur elle, de sorte que cette force peut être trouvée à partir du nombre d'oscillations par seconde. plan, Coulomb faisait osciller une tige isolante, munie à son extrémité d'une petite plaque chargée verticale et située devant une bille métallique isolée, chargée à l'opposé de la charge de la plaque et située de telle sorte que celle de son diamètre horizontal ov passe par le centre de la plaque lorsqu'elle est en équilibre. De cette façon, la loi du carré inverse a également été pleinement confirmée." Ainsi, Coulomb pose les bases de l'électrostatique. Il a obtenu des résultats expérimentaux d'une importance à la fois fondamentale et appliquée. Pour l'histoire de la physique, ses expériences sur les balances de torsion ont été d'une importance primordiale aussi parce qu'elles ont donné aux physiciens une méthode pour déterminer l'unité de charge électrique à travers les grandeurs utilisées en mécanique : la force et la distance, ce qui a permis de mener des études quantitatives de la charge électrique. phénomènes. Auteur : Samin D.K.
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