查利·奧古斯丁·庫侖

查利·奧古斯丁·庫侖，法國工程師、物理學家

(Charles Augustinde Coulomb 1736 --1806)

1736年6月14日生于法國昂古萊姆，1806年8月23日在巴黎逝世。庫侖曾就學于巴黎馬扎蘭學院和法蘭西學院，服過兵役。

1774年當選為法國科學院院士。1784年任供水委員會監督官，后任地圖委員會監督官。1802年，拿破侖任命他為教育委員會委員，1805年升任教育監督主任。

1773年發表有關材料強度的論文，所提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法沿用到現在，是結構工程的理論基礎。

1777年開始研究靜電和磁力問題。當時法國科學院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細頭發絲或絲線懸掛磁針。研究中發現線扭轉時的扭力和針轉過的角度成比例關系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導致他發明扭秤。

他還根據絲線或金屬細絲扭轉時扭力和指針轉過的角度成正比，因而確立了彈性扭轉定律。他根據1779年對摩擦力進行分析，提出有關潤滑劑的科學理論，于1781年發現了摩擦力與壓力的關系，表述出摩擦定律、滾動定律和滑動定律。設計出水下作業法，類似現代的沉箱。

1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導出著名的庫侖定律。庫侖定律使電磁學的研究從定性進入定量階段，是電磁學史上一塊重要的里程碑。

庫倫的科學貢獻

庫倫的貢獻主要集中在力學、電磁學和工程方面。

力學方面：

庫侖直接從事工程實踐，并善于從中歸納出理論規律，對力學有多方面的貢獻。

1773年他向法國科學院提出《極人值和極小值規則在建筑靜力學問題中的應用》的論文（1776年發表），指出矩形截面粱彎曲時中性軸的位置和內力分布，還給出擋土墻豎直面所受土壓力的公式。文中研究了土的抗剪強度，并提出了土的抗剪強度準則（莫爾-庫侖定律），還對擋土結構上的土壓力的確定進行了系統研究，首次提出了主動土壓力和被動土壓力的概念及其計算方法（即庫侖土壓理論）。該文在3年后的1776年由科學院刊出，被認為是古典土力學的基礎，他因此也稱為“土力學之始祖”。

1781年庫侖以《簡單機械理論》一文獲法國科學院獎，文中運用物體滑動時摩擦力和法向壓力成正比的關系求解平衡問題。滑動摩擦的這一關系雖在1693（一說1697）年已為G.阿蒙通所知，但現在仍通稱為庫侖摩擦定律。

庫侖在用扭秤測量電的排斥力時，曾研究過金屬絲的彈性扭轉，其結果寫在1784年發表的論文《金屬絲彈性和扭轉力的理論和實驗研究》中，文中給出扭擺微振動方程和周期的公式，并指出扭矩與轉角、金屬絲直徑和長度之間的關系。

電磁學方面：

庫侖是最早研究電現象的科學家之一。他在1785年到1789年之間，通過精密的實驗對電荷間的作用力作了一系列的研究，連續在皇家科學院備忘錄中發表了很多相關的文章。

他在1785年用扭秤推導出兩靜止電荷間相互作用力的定律（現稱庫侖定律）。

他指出地磁場對磁鐵作用的力偶同偏差角的正弦成正比，建立了磁體在磁場中運動方程并根據振動周期求出磁矩。在電磁學方面的主要著作有《電氣與磁性》7卷，1785～1789年出版。國際單位制中電荷[量]的單位庫[侖]即以其姓氏命名。

工程方面：

作為一名工程師，庫侖在工程方面也作出過重要的貢獻。他曾設計了一種水下作業法。這種作業法類似于現代的沉箱，它是應用在橋梁等水下建筑施工中的一種很重要的方法。

鋼板沉箱法

庫倫干摩擦理論

進入18世紀的法國，在經濟、軍事、工業等方面有了很大的發展。機器的大量使用，使得機械的效率和耐磨問題成為了一大難道。

為此，巴黎科學院于1781年以“摩擦定律和繩的倔強性”為題，進行了一次有獎競賽，庫侖研究總結了達芬奇和阿蒙頓的實驗和理論之后，又進一步做了大量的實驗。最終以《簡單的機械理論》為題的論文贏得了這次競賽的優勝獎，提出了他的摩擦理論——庫侖摩擦定律。

• 庫侖摩擦第一定律：摩擦力跟作用在摩擦面上的正壓力成正比，跟外表的接觸面積無關。這實際上就是阿蒙頓定律，也就是現在稱謂的靜摩擦定律和滑動摩擦定律。

  
  

• 庫侖摩擦第二定律：滑動摩擦力和滑動速度大小無關。這一結論，若作為普遍法則是不正確的，實際上滑動摩擦力和滑動速度的關系是相當復雜的。

  
  

• 庫侖摩擦第三定律：最大靜摩擦大于滑動摩擦力，即f 靜＞f 滑。

  
  

• 庫侖二項式定律：這是反映摩擦力和負載之間的關系，即滑動摩擦力f 滑＝μN＋A。

庫侖認為“常數”A跟正壓力的平方根成正比，但它都沒有反映出A的物理意義。這一定律也只適用于干摩擦和邊界摩擦。

庫侖對摩擦的研究，總結了從達芬奇到阿蒙頓的理論，提出了他的庫侖摩擦定律。但是，實際上這些定律只能是經典的經驗公式，對于實際情況也僅僅是近似的、粗淺的描述。

庫倫干摩擦理論的局限性

庫倫的干摩擦理論中，摩擦因數是一個十分重要的量。但實際上的這個摩擦因數是一個很不準確的大約值，它受環境條件影響變化比較大，這些影響因素包括濕度、溫度、接觸面的光潔度等等。

該理論僅僅適用于接觸表面是干燥或有極少的液體存在，如果接觸面存在相對運動，庫倫的干摩擦理論也僅在低速時適用。

庫倫的干摩擦理論和接觸面積無關。但在多數實際情況下，事實并非如此。例如，汽車輪胎和路面的附著摩擦力。

來源：學力學吧微信公眾號