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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Lei básica da eletrostática. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Os fenômenos elétricos gradualmente perderam seu caráter original de fenômenos naturais isolados e divertidos e gradualmente formaram uma espécie de unidade, que as teorias existentes tentaram cobrir com vários princípios básicos. Era hora de passar da pesquisa qualitativa para a quantitativa. Essa direção de pesquisa é claramente expressa na obra de 1859 do acadêmico de São Petersburgo F. Epinus (1724-1802). Aepinus coloca os seguintes princípios na base de sua consideração matemática: todo corpo tem em seu estado natural uma quantidade bem definida de eletricidade. As partículas do fluido elétrico se repelem mutuamente e são atraídas pela matéria comum. Os efeitos elétricos aparecem quando a quantidade de fluido elétrico no corpo é maior ou menor do que deveria estar no estado natural. Aepinus faz a suposição: "... ainda não me atrevo a determinar essas dependências funcionais. No entanto, se fosse necessário fazer uma escolha entre diferentes funções, eu argumentaria de bom grado que essas quantidades mudam inversamente com os quadrados das distâncias .Isso pode ser assumido com alguma plausibilidade, pois em favor de tal dependência, aparentemente, fala analogia com outros fenômenos naturais. Aepinus foi seguido por Henry Cavendish (1731-1810), que em seu artigo de 1771 aceita as hipóteses de Aepinus com uma mudança: supõe-se que a atração de duas cargas elétricas seja inversamente proporcional a algum grau de distância, ainda não especificado. Cavendish, usando raciocínio matemático, conclui que se a força de interação das cargas elétricas obedece à lei do inverso do quadrado, então "quase toda" a carga elétrica está concentrada na própria superfície do condutor. Assim, delineia-se uma forma indireta de estabelecer a lei de interação de cargas. A principal dificuldade em estabelecer a "lei da força elétrica" foi encontrar uma situação experimental em que as forças ponderomotrizes coincidissem com as forças atuantes entre cargas elementares. Talvez a abordagem correta para esse problema tenha sido encontrada primeiramente pelo naturalista inglês J. Robison (1739-1805). O método experimental utilizado por Robison baseou-se na ideia de que as cargas que interagem podem ser consideradas cargas pontuais quando as dimensões das esferas nas quais estão localizadas são muito menores do que a distância entre os centros das esferas. A instalação com a qual o inglês fez medições é descrita em sua obra fundamental "O Sistema da Filosofia Mecânica". A obra foi publicada após sua morte, em 1822. Dados os erros de medição, Robison concluiu: "A ação entre as esferas é exatamente proporcional ao inverso do quadrado da distância entre seus centros." No entanto, a lei básica da eletrostática não leva o nome de Robison. O fato é que o cientista relatou os resultados obtidos apenas em 1801 e descritos em detalhes ainda mais tarde. Naquela época, os trabalhos do cientista francês Pingente. Charles Augustin Coulomb (1736–1806) nasceu em Angouleme, no sudoeste da França. Após o nascimento de Charles, a família mudou-se para Paris. No início, o menino frequentou o Colégio das Quatro Nações, também conhecido como Colégio de Mazarin. Logo seu pai faliu e deixou sua família em Montpellier, no sul da França. O conflito entre mãe e filho levou ao fato de Charles deixar a capital e se mudar para o pai. Em fevereiro de 1757, numa reunião da Royal Scientific Society de Montpellier, um jovem amante da matemática leu o seu primeiro trabalho científico, “A Geometrical Essay on Mean Proportional Curves”. Posteriormente, Coulomb participou ativamente dos trabalhos da sociedade e apresentou mais cinco memórias - duas sobre matemática e três sobre astronomia. Em fevereiro de 1760, Charles ingressou na Escola Mézières de Engenheiros Militares. Em novembro do ano seguinte, Charles se formou na Escola e foi designado para um importante porto na costa oeste da França, Brest. Então ele veio para a Martinica. Durante os oito anos que passou lá, ele ficou gravemente doente várias vezes, mas a cada vez ele retornou às suas funções oficiais. Essas doenças não passaram despercebidas. Depois de retornar à França, Coulomb não podia mais ser considerado uma pessoa completamente saudável. Apesar de todas essas dificuldades, Coulomb desempenhou muito bem suas funções. Seu sucesso na construção do forte do Monte Garnier foi marcado por uma promoção: em março de 1770 recebeu o posto de capitão - naquela época isso poderia ser considerado uma promoção muito rápida. Logo, Coulon ficou gravemente doente novamente e finalmente apresentou um relatório solicitando uma transferência para a França. Depois de retornar à sua terra natal, Coulomb foi designado para Bushen. Aqui ele completa um estudo iniciado durante seu serviço nas Índias Ocidentais. Muitas das ideias formuladas por ele em seus primeiros trabalhos científicos ainda são consideradas fundamentais pelos especialistas em resistência dos materiais. Em 1774, Coulomb foi transferido para o grande porto de Cherbourg, onde serviu até 1777. Lá, Coulomb estava envolvido no reparo de várias fortificações. Este trabalho deixou muito tempo para o lazer, e o jovem cientista continuou sua pesquisa científica. O principal tópico que Coulomb estava interessado na época era o desenvolvimento de um método ideal para a fabricação de agulhas magnéticas para medições precisas do campo magnético da Terra. Este tema foi dado em um concurso anunciado pela Academia de Ciências de Paris. Os vencedores da competição em 1777 foram anunciados imediatamente por dois - o cientista sueco van Schwinden, que já havia apresentado o trabalho para a competição, e Coulomb. No entanto, para a história da ciência, não é o capítulo das memórias de Coulomb dedicado às agulhas magnéticas que é de maior interesse, mas o capítulo seguinte, onde são analisadas as propriedades mecânicas dos fios nos quais as flechas são penduradas. O cientista realizou uma série de experimentos e estabeleceu a ordem geral de dependência do momento da força de deformação de torção no ângulo de torção do fio e em seus parâmetros: comprimento e diâmetro. A baixa elasticidade dos fios de seda e do cabelo em relação à torção permitiu desprezar o momento de surgimento das forças elásticas e supor que a agulha magnética segue exatamente as variações de declinação. Esta circunstância serviu de impulso para Coulomb estudar a torção de fios metálicos cilíndricos. Os resultados de seus experimentos foram resumidos na obra "Estudos teóricos e experimentais da força de torção e elasticidade de fios metálicos", concluída em 1784. O estudo de Coulomb sobre a torção de fios finos de metal para a competição de 1777 teve uma importante consequência prática - a criação de balanças de torção. Este dispositivo poderia ser usado para medir pequenas forças de diversas naturezas e proporcionou uma sensibilidade sem precedentes no século XVIII. Tendo desenvolvido o dispositivo físico mais preciso, Coulomb começou a procurar um aplicativo digno para ele. O cientista começa a trabalhar nos problemas de eletricidade e magnetismo. O resultado mais importante obtido por Coulomb no campo da eletricidade foi o estabelecimento da lei fundamental da eletrostática - a lei da interação das cargas pontuais estacionárias. O cientista formula a lei fundamental da eletricidade da seguinte forma: "A força repulsiva de duas bolas pequenas, eletrificadas por eletricidade da mesma natureza, é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os centros das bolas." Coulomb começou medindo a dependência da força repulsiva de cargas semelhantes com a distância e conduziu vários experimentos. O cientista fornece os resultados de três medições nas quais as distâncias entre as cargas foram calculadas como 36:18:172 e as forças repulsivas correspondentes como 36:144:5751, ou seja, as forças são quase exatamente inversamente proporcionais aos quadrados das distâncias. Na realidade, os dados experimentais diferem um pouco da lei teórica. Coulomb considera que os principais motivos da discrepância, além de algumas simplificações adotadas no cálculo, são o vazamento de energia elétrica durante o experimento. A tarefa de medir a força de atração acabou sendo mais difícil, pois é muito difícil impedir que a bola em movimento da balança entre em contato com outra carga de sinal oposto. No entanto, Coulomb muitas vezes conseguiu um equilíbrio entre a força atrativa de duas bolas e a força oposta do fio torcido. Os dados experimentais obtidos indicaram que a força de atração também obedece à lei do inverso do quadrado. Mas Coulomb também não ficou satisfeito com esses resultados. “Para confirmar esta lei, que, como ele previu, desempenharia um papel fundamental na teoria da eletricidade”, escreve M. Gliozzi, “Coulomb recorreu a um novo método original para medir pequenas forças, que já havia sido usado anteriormente para medir a força magnética de uma ponta de aço. Este método mostrou-se muito eficaz e agora é conhecido como o "método de oscilação" Ele se baseia no fato de que, assim como a frequência de oscilação de um pêndulo força da gravidade em um determinado local, de modo que a frequência de oscilação de uma agulha eletrificada oscilando em um plano horizontal depende da intensidade da força elétrica que atua sobre ela, de modo que essa força pode ser encontrada a partir do número de oscilações por segundo. plano, Coulomb fez oscilar uma haste isolante, equipada na extremidade com uma pequena placa vertical carregada e localizada na frente de uma esfera metálica isolada, carregada oposta à carga da placa e localizada de modo que um de seu diâmetro horizontal ov passa pelo centro da placa quando está em equilíbrio. Desta forma, a lei do inverso do quadrado também foi totalmente confirmada." Assim, Coulomb lançou as bases da eletrostática. Ele obteve resultados experimentais de importância fundamental e aplicada. Para a história da física, seus experimentos com balanças de torção foram de suma importância também porque deram aos físicos um método para determinar a unidade de carga elétrica através das grandezas usadas na mecânica: força e distância, o que possibilitou estudos quantitativos de cargas elétricas. fenômenos. Autor: Samin D. K.
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