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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Ley básica de la electrostática. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Los fenómenos eléctricos perdieron gradualmente su carácter original de fenómenos naturales divertidos y aislados y formaron gradualmente una especie de unidad, que las teorías existentes intentaron cubrir con varios principios básicos. Era hora de pasar de la investigación cualitativa a la cuantitativa. Esta dirección de investigación se expresa claramente en el trabajo de 1859 del académico de San Petersburgo F. Epinus (1724–1802). Aepinus basa su consideración matemática en los siguientes principios: todo cuerpo tiene en su estado natural una cantidad bien definida de electricidad. Las partículas del fluido eléctrico se repelen y atraen mutuamente hacia la materia ordinaria. Los efectos eléctricos aparecen cuando la cantidad de fluido eléctrico en el cuerpo es mayor o menor de lo que debería ser en estado natural. Aepinus hace la suposición: "... Todavía no me atrevo a determinar estas dependencias funcionales. Sin embargo, si fuera necesario elegir entre diferentes funciones, entonces de buena gana argumentaría que estas cantidades cambian inversamente con los cuadrados de las distancias Esto se puede suponer con cierta plausibilidad, pues a favor de tal dependencia, al parecer, habla la analogía con otros fenómenos naturales. Aepinus fue seguido por Henry Cavendish (1731-1810), quien, en su artículo de 1771, acepta las hipótesis de Aepinus con un cambio: se supone que la atracción de dos cargas eléctricas es inversamente proporcional a cierto grado de distancia, aún no especificado. Cavendish, utilizando un razonamiento matemático, concluye: si la fuerza de interacción de las cargas eléctricas obedece a la ley del inverso del cuadrado, entonces "casi toda" la carga eléctrica se concentra en la superficie misma del conductor. Así, se esboza una forma indirecta de establecer la ley de interacción de cargas. La principal dificultad para establecer la "ley de la fuerza eléctrica" fue encontrar una situación experimental en la que las fuerzas ponderomotrices coincidieran con las fuerzas que actúan entre cargas elementales. Quizás el enfoque correcto para este problema lo encontró en primer lugar el naturalista inglés J. Robison (1739-1805). El método experimental utilizado por Robison se basó en la idea de que las cargas que interactúan pueden considerarse cargas puntuales cuando las dimensiones de las esferas en las que se localizan son mucho menores que la distancia entre los centros de las esferas. La instalación con la que el inglés realizaba mediciones se describe en su obra fundamental "El sistema de la filosofía mecánica". La obra se publicó después de su muerte, en 1822. Dados los errores de medición, Robison concluyó: "La acción entre las esferas es exactamente proporcional al inverso del cuadrado de la distancia entre sus centros". Sin embargo, la ley básica de la electrostática no lleva el nombre de Robison. El hecho es que el científico informó sobre los resultados obtenidos solo en 1801 y los describió en detalle incluso más tarde. En ese momento, los trabajos del científico francés Colgante. Charles Augustin Coulomb (1736–1806) nació en Angulema, en el suroeste de Francia. Después del nacimiento de Charles, la familia se mudó a París. Al principio, el niño asistió al Colegio de las Cuatro Naciones, también conocido como Colegio de Mazarino. Pronto su padre quebró y dejó a su familia en Montpellier, en el sur de Francia. El conflicto entre madre e hijo llevó al hecho de que Charles abandonó la capital y se mudó con su padre. En febrero de 1757, en una reunión de la Real Sociedad Científica de Montpellier, un joven amante de las matemáticas leyó su primer trabajo científico, "Ensayo geométrico sobre curvas proporcionales medias". Posteriormente, Coulomb tomó parte activa en el trabajo de la sociedad y presentó cinco memorias más, dos en matemáticas y tres en astronomía. En febrero de 1760, Charles ingresó en la Escuela de Ingenieros Militares de Mézières. En noviembre del año siguiente, Charles se graduó de la Escuela y fue asignado a un puerto importante en la costa oeste de Francia, Brest. Luego vino a Martinica. Durante los ocho años que pasó allí, estuvo gravemente enfermo varias veces, pero cada vez que regresaba a sus deberes oficiales. Estas enfermedades no pasaron desapercibidas. Después de regresar a Francia, Coulomb ya no podía considerarse una persona completamente sana. A pesar de todas estas dificultades, Coulomb cumplió muy bien sus funciones. Su éxito en la construcción de un fuerte en Mont Garnier estuvo marcado por una promoción: en marzo de 1770 recibió el rango de capitán, en ese momento podría considerarse una promoción muy rápida. Al poco tiempo, Coulomb volvió a enfermar gravemente y, finalmente, presentó un informe solicitando su traslado a Francia. Después de regresar a su tierra natal, Coulomb fue asignado a Bushen. Aquí completa un estudio iniciado durante su servicio en las Indias Occidentales. Muchas de las ideas formuladas por él en su primera obra científica siguen siendo consideradas fundamentales por los especialistas en resistencia de materiales. En 1774, Coulomb fue trasladado al gran puerto de Cherburgo, donde sirvió hasta 1777. Allí, Coulomb se dedicó a la reparación de varias fortificaciones. Este trabajo dejó mucho tiempo para el ocio, y el joven científico continuó con su investigación científica. El tema principal que interesaba a Coulomb en ese momento era el desarrollo de un método óptimo para fabricar agujas magnéticas para mediciones precisas del campo magnético terrestre. Este tema se presentó en un concurso convocado por la Academia de Ciencias de París. Se anunciaron a la vez dos ganadores del concurso en 1777: el científico sueco van Schwinden, que ya había presentado el trabajo para el concurso, y Coulomb. Sin embargo, para la historia de la ciencia, no es el capítulo de las memorias de Coulomb dedicado a las agujas magnéticas el de mayor interés, sino el capítulo siguiente, donde se analizan las propiedades mecánicas de los hilos de los que cuelgan las flechas. El científico realizó una serie de experimentos y estableció el orden general de dependencia del momento de la fuerza de deformación por torsión del ángulo de torsión del hilo y de sus parámetros: longitud y diámetro. La baja elasticidad de los hilos de seda y el cabello con respecto a la torsión hizo posible despreciar el momento de aparición de las fuerzas elásticas y suponer que la aguja magnética sigue exactamente las variaciones de declinación. Esta circunstancia sirvió de impulso a Coulomb para estudiar la torsión de hilos cilíndricos de metal. Los resultados de sus experimentos se resumieron en el trabajo "Estudios teóricos y experimentales de la fuerza de torsión y la elasticidad de los alambres metálicos", finalizado en 1784. El estudio de la torsión de finos hilos metálicos, realizado por Coulomb para el concurso de 1777, tuvo una importante consecuencia práctica: la creación de una balanza de torsión. Este instrumento podía utilizarse para medir pequeñas fuerzas de diversa naturaleza y proporcionaba una sensibilidad sin precedentes en el siglo XVIII. Habiendo desarrollado el dispositivo físico más preciso, Coulomb comenzó a buscar una aplicación digna para él. El científico comienza a trabajar en los problemas de la electricidad y el magnetismo. El resultado más importante obtenido por Coulomb en el campo de la electricidad fue el establecimiento de la ley básica de la electrostática: la ley de interacción de cargas puntuales inmóviles. El científico formula la ley fundamental de la electricidad de la siguiente manera: "La fuerza de repulsión de dos pequeñas bolas, electrificadas por electricidad de la misma naturaleza, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de las bolas". Coulomb comenzó midiendo la dependencia de la fuerza repulsiva de cargas similares con la distancia y llevó a cabo numerosos experimentos. El científico da los resultados de tres mediciones, en las que las distancias entre las cargas se relacionaron como 36:18:172 y las fuerzas de repulsión correspondientes, como 36:144:5751, es decir, las fuerzas son casi exactamente inversamente proporcionales a los cuadrados. de las distancias. En realidad, los datos experimentales son algo diferentes de la ley teórica. Coulomb considera que las principales razones de la discrepancia, además de algunas simplificaciones adoptadas en el cálculo, son las fugas de electricidad durante el experimento. La tarea de medir la fuerza de atracción resultó ser más difícil, ya que es muy difícil evitar que la bola en movimiento de la balanza entre en contacto con otra carga de signo contrario. Sin embargo, Coulomb a menudo lograba lograr un equilibrio entre la fuerza de atracción de dos bolas y la fuerza opuesta del hilo retorcido. Los datos experimentales obtenidos indicaron que la fuerza de atracción también obedece a la ley del inverso del cuadrado. Pero Coulomb tampoco quedó satisfecho con estos resultados. “Para confirmar esta ley, que, como él preveía, jugaría un papel fundamental en la teoría de la electricidad”, escribe M. Gliozzi, “Coulomb recurrió a un nuevo método original para medir pequeñas fuerzas, que ya se había utilizado antes para medir la fuerza magnética de una punta de acero.Este método resultó ser muy eficaz y ahora se conoce como el "método de oscilación" Se basa en el hecho de que, al igual que la frecuencia de oscilación de un péndulo depende de la magnitud de la fuerza de gravedad en un lugar determinado, por lo que la frecuencia de oscilación de una aguja electrificada que oscila en un plano horizontal depende de la intensidad de la fuerza eléctrica que actúa sobre ella, por lo que esta fuerza se puede encontrar a partir del número de oscilaciones por segundo. plano, Coulomb hizo oscilar una varilla aislante, provista en su extremo de una pequeña placa vertical cargada y situada frente a una bola metálica aislada, cargada en sentido opuesto a la carga de la placa y situada de modo que uno de su diámetro horizontal ov pasa por el centro de la placa cuando está en equilibrio. De esta manera, la ley del cuadrado inverso también se confirmó por completo". Así, Coulomb sentó las bases de la electrostática. Obtuvo resultados experimentales de importancia fundamental y aplicada. Para la historia de la física, sus experimentos con balanzas de torsión fueron de gran importancia también porque dieron a los físicos un método para determinar la unidad de carga eléctrica a través de las cantidades utilizadas en mecánica: fuerza y distancia, lo que hizo posible realizar estudios cuantitativos de la electricidad. fenómenos. Autor: Samin D.K.
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