Charles-Augustin de Coulomb
Obsah boxu
Charles-Augustin de Coulomb (* 14. června 1736, Angoulême – † 23. srpna 1806, Paříž) byl francouzský fyzik a vojenský inženýr. Je považován za jednoho ze zakladatelů elektrostatiky. Proslul především formulací Coulombova zákona, který popisuje sílu působící mezi dvěma elektrickými náboji. Významně také přispěl k pochopení tření. Na jeho počest byla pojmenována jednotka elektrického náboje, coulomb.
📜 Život a kariéra
Charles-Augustin de Coulomb se narodil v Angoulême ve Francii do bohaté rodiny. Jeho otec, Henri Coulomb, byl inspektorem královských statků, a jeho matka, Catherine Bajet, pocházela z vlivné rodiny. Brzy po jeho narození se rodina přestěhovala do Paříže, kde získal vynikající vzdělání na prestižní Collège des Quatre-Nations. Zde studoval matematiku, astronomii, chemie a botaniku.
🎓 Vzdělání a vojenská služba
Po studiích se rozhodl pro vojenskou kariéru a v roce 1759 nastoupil na École du Génie v Mézières, jednu z nejlepších technických škol té doby. Školu úspěšně dokončil v roce 1761 s hodností poručíka v ženijním vojsku (corps du génie).
Jako vojenský inženýr strávil devět let (1764–1772) na ostrově Martinik v Karibiku, který byl tehdy francouzskou kolonií. Zde měl na starosti stavbu pevnosti Fort Bourbon. Během této doby se potýkal s náročnými podmínkami, tropickými nemocemi a nedostatkem zdrojů, ale získal neocenitelné praktické zkušenosti v oblasti stavebního inženýrství, mechaniky zemin a organizace práce. Právě zde začal provádět své první experimenty a teoretické práce týkající se mechaniky a odolnosti materiálů.
🔬 Vědecká práce v Paříži
Po návratu do Francie v roce 1772 byl převelen do Bouchainu a později do Cherbourgu. V roce 1777 publikoval svou významnou práci o tření (Théorie des machines simples), za kterou získal cenu Francouzské akademie věd. V roce 1781 byl trvale umístěn v Paříži a téhož roku byl zvolen členem Akademie věd.
Toto období bylo vrcholem jeho vědecké kariéry. Věnoval se systematickému experimentálnímu výzkumu v oblasti elektřiny a magnetismu. Sestrojil a zdokonalil extrémně citlivé torzní váhy, které mu umožnily měřit nepatrné síly s velkou přesností. S jejich pomocí v letech 1785 až 1789 provedl sérii klíčových experimentů, které vedly k formulaci zákona o interakci elektrických nábojů.
🇫🇷 Francouzská revoluce a pozdější léta
Vypuknutí Francouzské revoluce v roce 1789 dramaticky změnilo jeho život. Jako šlechtic a důstojník královské armády se stal podezřelým. V roce 1791 rezignoval na své vojenské a veřejné funkce, včetně pozice v komisi pro sjednocení měr a vah, která pracovala na zavedení metrického systému. Uchýlil se na své panství v Blois, kde se v ústraní věnoval dalším vědeckým studiím.
Po skončení nejradikálnější fáze revoluce byl povolán zpět do Paříže. Napoleon Bonaparte si vážil vědců a inženýrů, a tak byl Coulomb v roce 1802 jmenován jedním z generálních inspektorů pro veřejné vzdělávání. V této funkci se podílel na reformě francouzského školství. Zemřel v Paříži v roce 1806 ve věku 70 let.
🔬 Vědecké příspěvky
Coulombův přínos vědě je zásadní ve dvou hlavních oblastech: v elektromagnetismu a v mechanice (konkrétně ve studiu tření).
⚡ Elektřina a magnetismus (Coulombův zákon)
Nejznámějším Coulombovým objevem je zákon, který nese jeho jméno. Pomocí svých torzních vah experimentálně dokázal, že velikost elektrické síly (přitažlivé nebo odpudivé) mezi dvěma bodovými náboji je:
- přímo úměrná součinu velikostí obou nábojů,
- nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi.
Tento vztah, známý jako Coulombův zákon, lze matematicky vyjádřit vzorcem:
kde:
- F je velikost elektrické síly,
- q1 a q2 jsou velikosti elektrických nábojů,
- r je vzdálenost mezi náboji,
- k je Coulombova konstanta.
Tento zákon je formálně velmi podobný Newtonovu gravitačnímu zákonu a stal se základním kamenem celé elektrostatiky. Coulomb také provedl podobné experimenty s magnetickými póly a zjistil, že i pro ně platí zákon obrácených čtverců. Ukázal, že na rozdíl od elektrických nábojů nelze magnetické póly (severní a jižní) od sebe izolovat.
⚙️ Mechanika a tření
Ještě před svými slavnými experimenty s elektřinou se Coulomb intenzivně věnoval mechanice. Jeho práce Théorie des machines simples z roku 1777 je považována za klasické dílo v oblasti studia tření. Na základě mnoha experimentů formuloval tzv. Coulombovy zákony tření (pro smykové tření):
- Velikost třecí síly je přímo úměrná normálové síle (síle, která tlačí povrchy k sobě).
- Velikost třecí síly nezávisí na velikosti styčné plochy.
- Kinetické tření (tření při pohybu) je o něco menší než statické tření (maximální síla, kterou je třeba překonat pro uvedení tělesa do pohybu) a téměř nezávisí na rychlosti pohybu (při malých rychlostech).
Tyto principy, i když jsou zjednodušením reálného chování, se dodnes používají jako základní model pro výpočty v inženýrství a fyzice. Jeho práce v oblasti mechaniky zemin, kterou rozvinul při stavbě pevností, položila základy moderní geotechniky.
⚖️ Odkaz a uznání
Charles-Augustin de Coulomb byl jedním z posledních velkých vědců, kteří pracovali v tradici Isaaca Newtona, založené na precizním experimentu a matematickém popisu. Jeho kvantitativní přístup k elektřině a magnetismu proměnil tyto obory z pouhého souboru kvalitativních pozorování v exaktní vědu.
- **Jednotka náboje:** Na jeho počest byla v soustavě SI pojmenována základní jednotka elektrického náboje – coulomb (značka C).
- **Eiffelova věž:** Jeho jméno je jedním ze 72 jmen na Eiffelově věži, které vzdávají hold nejvýznamnějším francouzským vědcům a inženýrům.
- **Vliv na další vědce:** Jeho práce otevřela cestu pro další teoretický rozvoj elektromagnetismu v 19. století, na který navázali vědci jako Siméon Denis Poisson, André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss a James Clerk Maxwell.
🤔 Pro laiky
Coulombův zákon zjednodušeně
Představte si dva malé magnety. Když je dáte blízko k sobě, cítíte, jak se buď přitahují, nebo odpuzují. Coulomb zjistil, jak přesně tato síla funguje pro elektrické náboje (jako jsou "plus" a "mínus" na baterii). Zjistil dvě hlavní věci:
- Čím větší jsou náboje, tím silněji na sebe působí. Je to jako používat silnější magnety.
- Nejdůležitější je ale vzdálenost. Když vzdálenost mezi náboji zdvojnásobíte, síla mezi nimi klesne na čtvrtinu. Když ji ztrojnásobíte, síla klesne na devítinu. Tomuto principu se říká "zákon obrácených čtverců" a platí i pro gravitaci.
K měření těchto nepatrných sil si Coulomb postavil geniálně jednoduché zařízení – torzní váhy. Bylo to v podstatě tenké vlákno, na kterém byla zavěšena jehla. Když se nabitá kulička přiblížila k jiné nabité kuličce na jehle, síla mezi nimi jehlu pootočila a zkroutila vlákno. Z míry zkroucení vlákna dokázal Coulomb přesně spočítat, jak velká síla mezi nimi působí.
Tření zjednodušeně
Každý ví, že je těžší posouvat těžkou skříň než lehkou krabici. Coulomb byl první, kdo to přesně popsal. Zjistil, že síla tření (odpor proti posouvání) závisí hlavně na tom, jak moc jsou předměty k sobě tlačeny (tedy na jejich hmotnosti), ale překvapivě téměř nezáleží na tom, jak velkou plochou se dotýkají. Je tedy skoro jedno, jestli posouváte cihlu položenou naplocho, nebo postavenou na její užší straně – síla tření bude přibližně stejná. Tyto jednoduché principy jsou dodnes základem pro konstrukci strojů a staveb.