Шарль
Огюстэн Кулон
(1736—1806)
Ш. О. Кулон (С. A. Coulomb) родился в Ангулеме (Франция).
После предварительной подготовки в Париже он поступил в военно-инженерный корпус.
Будучи командирован на остров Мартинику, он в течение девяти лет принимал там
участие в различного рода
строительных работах, что побудило его к изучению механических свойств
материалов и других проблем строительной техники. За время пребывания на острове
им была написана известная работа “О применении правил максимума и минимума к
некоторым вопросам статики, имеющим отношение к архитектуре” (“Sur une application
des regles de maximis et
mi-nimis a quelqucs problemcs de statique relatifs
a 1'architecture”, представленная в 1773 г. во
Французскую Академию наук). В предисловии к этой работе Кулон сообщает: “Этот мемуар, написанный мною несколько лет тому 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 даже 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 окончательно
отделать то, что уже создано более умелыми руками”.
По возвращении во Францию Кулон работал
инженером в Рошели Ист-Э
(Rochelle Iste Aix) и Шербурге. В 1779 г. он разделил (с Ван-Свинденом)
премию, присужденную Академией за решение задачи о наилучшем устройстве
компаса; в 1781 г. он получил премию Академии за мемуар
“Теория простых машин” (“Theo-rie des
machines simples”), в
котором сообщались результаты его опытов по трению различных тел, скользящих
одно по другому (сухих или смазанных жирным веществом). После 1781 г.
Кулон постоянно жил в Париже, где был избран в члены Академии
и где ему представились более широкие возможности для научной работы. Он
переключил свое внимание на раскрывавшиеся в. то время новые области исследований—электричество и магнетизм. Он изобрел для
измерения малых электрических и магнитных сил весьма чувствительные крутильные
весы, а в связи с этим исследовал прочность проволоки на кручение.
В начале Французской революции 1789 г. Кулон
уехал в свою маленькую усадьбу в Блуа. В 1793 г.
Академия была закрыта, но два года спустя, она вновь приступила к работе,
будучи переименована в Institut national
des Sciences et de Arts
(Национальный институт наук и искусств). Кулон одним из первых был избран в это
новое ученое учреждение и его последние работы, посвященные вопросам вязкости
жидкостей и магнетизма, были напечатаны в “Memoires de Г Institut” (1801, 1806). Он
был назначен в 1802 г. на должность одного из генеральных инспекторов по
научной части и отдал много сил на улучшение постановки народного просвещения.
Эта деятельность была сопряжена с частыми разъездами, слишком для него
утомительными при его возрасте и слабом здоровье, и в 1806 г. он умер. Но труды
его сохранили свое значение, и мы до сих пор еще пользуемся его теориями
трения, прочности строительных материалов и кручения.
Никто другой из ученых XVIII века не
дал так много механике упругого тела, как Кулон. Самые ценные его достижения л этой области вошли в его работу, изданную в 1773 г. В
начале ее сообщается о выполненных Кулоном испытаниях по определению прочности
одной из разновидностей песчаника. Для испытания на растяжение Кулон
использовал квадратные плитки со сторонами 0,3 м, толщиной 25 мм
и определил предел прочности при растяжении. Для испытаний того же
материала на срез он пользуется прямоугольными брусками сечением 25х50 мм2 и находит предел прочности при срезе. Кроме
того, он ставит испытания на изгиб. После этото Кулон
переходит к построению теории изгиба балок.
В своей теории изгиба Кулон правильно
применял уравнения статики при исследовании внутренних сил и имел ясное
представление о распределении этих сил по поперечному сечению балки. Научные
работы Парана остались, по-видимому, ему неизвестны, поскольку в своей работе
он ссылается лишь на Боссю (С. Bossufc),
рекомендующего в своем сочинении “La
construction la plus avantagense des digues” (“Наивыгоднейшее
возведение плотин”) рассчитывать деревянные балки как упругие, каменные же—как
абсолютно жесткие.
Своей следующей задачей Кулон ставит
исследование сжатия призмы осевой силой. Во второй части той же статьи
(от 1773 г.) Кулон занимается исследованием подпорных стен и арок.
В 1784 г. Кулон издает свой мемуар о кручении. Перейдем к рассмотрению его содержания.
Кулон определяет жесткость при кручении для проволоки, наблюдая крутильные
колебания подвешенного на ней металлического цилиндра, находит формулу для
периода колебания. Опытным путем Кулон находит, что период не зависит от угла
закручивания, если этот угол не очень велик, и отсюда делает вывод, что
допущение о пропорциональности крутящего момента углу закручивания правильно.
Теперь Кулон продолжает свои опыты, беря проволоки из того же материала, но
различных длин и диаметров; таким способом он устанавливает формулу для
крутящего момента.
Сравнивая стальную и латунную проволоки,
Кулон заключает, что там, где нам нужна большая жесткость, как, например, в
цапфах, предпочтительно применять сталь.
Установив основное уравнение, Кулон
углубляется в более тщательное изучение механических свойств материалов, из
которых изготовляется проволока. Для каждого типа проволоки он находит предел
упругости при кручении, превышение которого приводит к появлению некоторой
остаточной деформации. Точно так же он показывает, что если проволока
подвергнута предварительно первоначальному закручиванию далеко за предел
упругости, то материал в дальнейшем становится более твердым и его предел
упругости повышается. С другой
сторны, путем отжига он получает возможность снизить
твердость, вызванную пластическим деформированием. Опираясь на эти опыты, Кулон
утверждает, что для того, чтобы характеризовать механические свойства
материала, необходимы две численные характеристики, а именно: число,
определяющее упругое свойство материала, и число, указывающее предел упругости,
который зависит от величины сил сцепления. Холодной обработкой или быстрой
закалкой можно увеличить эти силы сцепления и таким путем повысить предел
упругости, но в нашем распоряжении нет средств, способных изменить упругую
характеристику материала. Для того чтобы доказать, что это
заключение распространяется также и на другие виды деформирования,. Кулон
проводит испытания на изгиб со стальными брусками, отличающимися один от
другого лишь характером термической обработки, и показывает, что под малыми
нагрузками они дают тот же прогиб (независимо от своей термической истории), но
что предел упругости брусьев, подвергшихся отжигу, получается значительно более
низким, чем тех, которые подвергались закалке. В связи с этим под большими нагрузками бруски, подвергшиеся отжигу,
обнаруживают значительную остаточную деформацию, между тем как термически
обработанный металл продолжает оставаться совершенно упругим, поскольку
термическая обработка повышает предел упругости, не оказывая никакого влияния
на его упругие свойства. Кулон вводит гипотезу, согласно которой всякому
упругому материалу свойственно определенное характерное для него размещение
молекул, не нарушаемое малыми упругими деформациями. При превышении предела упругости
происходит какое-то остаточное скольжение молекул, результатом чего является
увеличение сил сцепления, хотя упругая способность материала сохраняется при
этом прежней.
Исследуя затухание крутильных колебаний,
Кулон показывает экспериментально, что первичной причиной его является не
сопротивление воздуха, а какое-то несовершенство в материале проволочных
подвесов. При малых амплитудах он устанавливает, что уменьшение амплитуды за
цикл приблизительно пропорционально амплитуде.
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Сопротивление материалов
Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов
