Charles Augustin de Coulomb
Século XVII. Homens como Galileu, Pascal, Descartes, Huygens e, sobretudo, Newton encarregam-se da difícil tarefa de enterrar os dogmas da doutrina escolástica e desenvolver os métodos de investigação e raciocínio sobre os quais se assentaria a ciência moderna.
Essa revolução científica - que se desenrolou até os inícios do século seguinte - atingiu principalmente os campos da mecânica e da ótica. Foi nesses ramos da física que surgiram obras de importância máxima, desde logo tomadas como modelos de análise experimental e indução teórica.
Entretanto, os progressos nos domínios da eletricidade e do magnetismo manter-se-iam ainda muito lentos durante algumas dezenas de anos. É somente no final do século XVIII que a introdução de medidas quantitativas consegue encaixar a eletricidade e o magnetismo no quadro da "ciência newtoniana".
Diversas foram as razões apontadas para esse atraso, em relação à mecânica e também à ótica. Entre elas, a dificuldade de se realizarem experiências eletrostáticas e a complexidade das interações entre ímãs. Um outro motivo foi a persistência das imagens herdadas dos antigos, imagens essas puramente qualitativas e, em geral, falsas.
Na mudança radical operada na abordagem da eletricidade e do magnetismo, desempenharam um papel decisivo Franklin, Cavendish e, principalmente, Coulomb. O primeiro definira a carga elétrica - ou quantidade de eletricidade - mas não foi capaz de medi-la. É com Cavendish que se inicia o salto do qualitativo para o quantitativo. Coube a Coulomb completar esse salto.
Sobre Coulomb, Maxwell comenta: "É notável que nenhuma das experiências de Coulomb coincida com uma experiência de Cavendish. O método de Coulomb pertence-lhe inteiramente. . ."
Entretanto, da mesma forma que Cavendish, Coulomb domina plenamente os métodos positivos que alguns sucessores de Newton tiveram tanta dificuldade em aplicar. É, ao mesmo tempo, hábil experimentador e profundo teórico. Suas memórias obedecem, quase sempre, a uma ordem invariável: preliminares teóricas, fundadas em conhecimentos anteriores, planos de trabalho, descrição dos aparelhos, relato das experiências, resultados numéricos, conseqüências teóricas, novas experiências inspiradas pelos dados obtidos, e assim por diante; chega depois às conclusões finais e refere-se às possíveis aplicações práticas.
Charles Augustin de Coulomb nasceu a 14 de junho de 1736, em Angoulême. Seu pai - Henri Coulomb - ocupava então o cargo de inspetor dos domínios do rei. Alguns anos mais tarde abandonou essa função e retirou-se para sua cidade natal - Montpellier. Sua mulher ficou em Paris e, com ela, o pequeno Charles, que ali freqüentou o Colégio das Quatro Nações e o Colégio Real.
Em 1758, também Charles Augustin deixou Paris para ir juntar-se ao pai. Deste conseguiu autorização para alistar-se na Arma de Engenharia.
Sua carreira militar encerrou-se com a nomeação para subtenente da École cle Métiers, em 1760; no ano seguinte, terminou o curso de engenharia. Viajou, algum tempo depois, para a Martinica, como diretor dos trabalhos de fortificação daquela ilha. Sua permanência nas Antilhas foi, porém, bastante curta: não conseguiu adaptar-se ao clima tropical, e retornou à França gravemente doente.
Já recuperado, Coulomb assumiu a direção das obras de fortificação que estavam sendo realizadas em Rochefort, na ilha de Aix e em Cherbourg, ocupando-se também de pesquisas científicas. Desses estudos nasceram, em 1773, as bases da teoria da resistência dos materiais e, seis anos mais tarde, alguns trabalhos sobre o atrito. Neste último campo, Coulomb foi particularmente influenciado por Guillaume Amontons, que, em 1699, enunciara a lei da proporcionalidade do atrito à pressão dos corpos em contato. Baseou-se também nos trabalhos de Camus e Desaguliers, que haviam mostrado que o atrito estático é superior ao atrito dinâmico.
Comparando as teorias de seus predecessores, selecionando e estendendo as informações que se conciliavam com seu raciocínio, Coulomb formula, nos seguintes termos, a lei do atrito: "Para puxar um fardo pesado sobre um plano horizontal, é necessário despender uma força proporcional a seu peso, aumentada de uma pequena constante que é função da 'coerência' das suas superfícies".
A incursão de Coulomb no campo do atrito pode ser interpretada mais como satisfação de uma exigência da Academia de Ciências - que então pedia experiências novas, aplicáveis às polias e cabrestantes utilizados na marinha - como contribuição puramente científica.
Essa exigência, porém, justifica a motivação que atraiu Coulomb para o magnetismo. Foi em 1777 que ele publicou a memória "Pesquisas sobre a Melhor Maneira de Fabricar Agulhas Imantadas". Nela estabelece, com base nas experiências realizadas anteriormente pelo holandês Musschenbroek e, principalmente, em suas próprias, dois princípios fundamentais: o campo magnético terrestre é uniforme em um dado lugar; sua ação sobre um ímã reduz-se a um binário proporcional ao seno do ângulo que o ímã determina com sua orientação de equilíbrio.
Tais princípios refletem claramente a preocupação de Coulomb em expor, em termos newtonianos, a teoria das ações magnéticas. É ainda nessa memória de 1777 que ele escreve: "A direção de uma agulha imantada não pode depender de uma 'torrente fluida' ... A experiência prova que não são de modo algum os 'turbilhões' que produzem os diferentes fenômenos de imantação e que, para explicá-los, cumpre recorrer a forças atrativas e repulsivas da mesma natureza daquelas de que somos forçados a nos servir para explicar o peso dos corpos e a física celeste".
Partindo desses princípios, Coulomb formula a equação dos movimentos de uma agulha imantada no campo terrestre; integra-a para as pequenas oscilações e mostra que se pode deduzir, a partir de seu período, o momento da força de imantação; afirma ainda ser possível comparar entre si os momentos magnéticos de diversos ímãs.
Empreende então uma série de medidas das oscilações de ímãs suspensos por finos fios. Para isso, Coulomb constrói uma balança que se tornaria célebre: a balança de torção.
Balança de torção de Coulomb
Ao interesse pelo magnetismo rapidamente se associam as pesquisas no campo elétrico, Foi em 1785 que Coulomb apresentou à Academia Real de Ciências três memórias: as duas primeiras tratavam da lei que rege as forças de atração e repulsão entre duas cargas elétricas e magnéticas. Essa lei, conhecida atualmente como Lei de Coulomb, é expressa matematicamente como:
Onde k é uma constante de proporcionalidade e q1 e q2 representam cargas elétricas puntiformes, situadas à distância d uma da outra.
A primeira dessas memórias continha ainda a descrição da balança de torção usada na comprovação experimental da lei, limitada, porém, ao caso da repulsão elétrica; no segunda memória, a verificação estendia-se ao caso da atração.
A terceira memória da série de 1785 ocupava-se da dispersão elétrica. A descrição do mecanismo desse fenômeno que, segundo Coulomb, era inevitável, dada a extrema dificuldade em encontrar corpos isolantes na natureza, agravada pela ação do próprio ar - foi mantida e aceita até que surgiu a teoria da ionização, já no século XIX.
A formulação de Coulomb a respeito dessa dispersão continha uma lei - "a perda de eletricidade por parte de um corpo é proporcional à sua densidade elétrica" - nascida do seguinte raciocínio: uma molécula de ar, ao entrar em contato com um corpo eletrizado, carrega-se com carga de igual sinal, sendo portanto repelida; ao afastar-se, leva consigo a carga que roubou do corpo; esse processo repete-se em seqüência e, enquanto ocorre, o corpo perde sua carga inicial.
Abandonado o problema da dispersão, Coulomb pisa no terreno da distribuição da eletricidade em um condutor. Suas experiências a respeito, bem como as fundamentações teóricas, são comunicadas à Academia na memória de 1786. Nela, Coulomb defende que a distribuição da eletricidade na superfície de um condutor independe de sua natureza química, sendo regulada unicamente pela lei da atração e da repulsão.
As duas memórias seguintes - de 1787 e 1788 - apresentam uma solução aproximada de diversos problemas de distribuição da eletricidade em condutores e, ainda, a variação da densidade elétrica de dois condutores em contato.
Com estas duas memórias - que, juntamente com as anteriores, constituem o primeiro alicerce sólido da eletrostática experimental e matemática -, Coulomb alcança a estatura que o transformará em influenciador direto de físico-matemáticos como Poisson e Lord Kelvin.
Em seus últimos trabalhos (1789 -1801), Coulomb retoma o estudo do magnetismo. Consegue então definir, embora vagamente, os conceitos de imantação ou polarização magnética.
Intui também, e com bastante precisão, aquilo que, no final do século XIX, foi chamado de ponto de Curie - temperatura acima da qual as substâncias perdem as propriedades ferromagnéticas.
Coulomb morreu em Paris, a 23 de agosto de 1806, e seu nome foi dado a uma unidade elétrica.
Fonte: www.saladefisica.cjb.net
Engenheiro militar e físico francês nascido em Angolême, França central, pioneiro em pesquisas em magnetismo e eletricidade, e a quem se deve a definição e verificação experimental de leis fundamentais que se tornaram o ponto de partida para o desenvolvimento dos conhecimentos em eletricidade e magnetismo ao nível dos de mecânica e da óptica. Educado em Paris, passou nove anos nas Índias Ocidentais como engenheiro militar e, nos intervalos de suas atividades profissionais, dedicava-se a investigações sobre mecânica aplicada.
De volta à França, interessou-se e iniciou suas pesquisas no campo da eletricidade e do magnetismo para participar de um concurso aberto pela Académie des Sciences de Paris sobre a fabricação de agulhas imantadas. Através de seus experimentos desenvolveu relações envolvendo primeira e segunda potência de velocidades. Inventou a balança de torção (1777), semelhante à usada pelo físico e químico inglês Henry Cavendish para medir a atração gravitacional. Enunciou a lei das forças eletrostáticas (1785) em que não apenas as cargas elétricas, mas também os magnetos, atraem uns aos outros com uma força que varia precisamente de acordo com o quadrado da distância (Lei de Coulomb).
Construiu a primeira máquina eletrostática que gerava eletricidade por atrito (1789), mas não produzia corrente. A publicação de numerosos artigos de grande repercussão nos meios científicos lhe valeu o ingresso na Académie des Sciences (1781). Os resultados de suas pesquisas foram publicados (1785-1789) nas Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. Suas experiências sobre os efeitos de atração e repulsão de duas cargas elétricas permitiram-lhe verificar que a lei da atração universal de Newton também se aplicava à eletricidade. Estabeleceu então a lei das atrações elétricas, segundo a qual as forças de atração ou de repulsão entre as cargas elétricas são diretamente proporcionais às cargas (massas) e inversamente proporcionais ao quadrado da distância que as separa e morreu em Paris.
Fonte: alkimia.tripod.com
Coulomb é o primeiro cientista que fez grandes contribuições em mecânica dos solos. As obras de pesquisa levando ao conceito do ângulo de atrito, constitui um dos mais importantes fundamentos em geotecnia.
O envelope de Mohr-Coulomb, hipótese de deslizamento entre superfícies, é conhecido por todos os geotécnicos. A partir desta pesquisa, Coulomb desenvolveu métodos para cálculo de estabilidade de taludes através da divisão das massas de solo em cunhas. Coulomb também fez grandes contribuições em cálculo estrutural e eletrônica.
A família tanto por parte do pai quanto da mãe era importante na área legal. De Angoulême, a família mudou-se para Paris e Coulomb ingressou no colégio Mazarin, onde estudou línguas, literatura filosofia e o melhor em matemática, astronomia, química e botânica. Nesta fase houve uma crise para Coulomb. Seu pai realizou especulações financeiras mal sucedidas, perdeu seu dinheiro e os dois mudaram para Montpellier. Já sua mãe permaneceu em Paris. Em Montpellier Coulomb começou estagiar, onde mostrou seus maiores interesses em matemática e astronomia. Posteriormente, em março de 1757 ele ingressou na sociedade de ciências e apresentou diversos trabalhos sobre estes tópicos.
Coulomb queria entrar na Ecole du Génie at Mézières, mas verificou que para ter sucesso necessitaria mais estudo. Então foi para Paris em outubro de 1758, para receber o treinamento necessário. Camus era o examinador para Escolas de Artilharia e foi o seu “curso de matemática” que Coulomb estudou por diversos meses. Em 1758 ele prestou exames feitos por Camus, nos quais foi aprovado, podendo assim entrar na “Escola du Gênie” em fevereiro de 1760.
Coulomb graduou-se em novembro de 1761 no posto de tenente. Por 20 anos ele trabalhou em diversos locais, fazendo projetos estruturais, fortificações e mecânica dos solos. Em fevereiro de 1764, foi transferido para a ilha de Martinique no Oceano Índico.
Sob domínio da França desde 1658, a ilha foi atacada e ocupada por várias frotas estrangeiras. O Tratado de Paris, de 1763, devolveu a Martinique para a França. Uma nova fortaleza era necessário, e Coulomb foi posto no comando da obra. Ele terminou o trabalho em junho de 1772. Durante este período Coulomb adoeceu, ficando com a saúde precária pelo resto da vida.
No seu retorno à França, foi mandado para Bouchain, onde começou a escrever importantes matérias, apresentando a primeira para a Academia de Ciências em Paris, em 1773. Este trabalho (sobre uma aplicação das regras, aos problemas de estática relativa à arquitetura) foi escrito para determinar uma combinação entre matemática e física que permitissem a influência de atrito e coesão em alguns problemas de estática.
O ponto mais importante neste trabalho foi o uso de cálculos de variantes, como escreve Gillmor: “Nestas notas de 1773, há quase um atrapalho pela riqueza”.
Mais tarde ele desenvolveu uma teoria generalizada para mecânica dos solos relativa a planos deslizantes, que permanece em dia até hoje. Talvez a razão pela relativa negligência desta parte do trabalho de Coulomb, seja que ele procurou demonstrar o uso do cálculo differencial na formulação de métodos de aproximação nos problemas fundamentais da mecânica estrutural, em vez das soluções numéricas.
A memória de cálculo foi valorizada pela Academia de Ciências e o levou a ser nomeado suplente de Bossut em 6 de julho de 1774. Coulomb em seguida foi comissionado para Cherbourg, onde ele escreveu seu famoso memorando sobre a bússola, o qual ele submeteu ao Grande Prêmio da Academia de Ciências em 1777. Ele dividiu o primeiro prêmio, e o trabalho continha os primórdios da balança de torção.
“... Sua solução elegante e simples para o problema de torção em cilindros e o uso da balança de torção em aplicações físicas, foram importantes para numerosos físicos nos anos subsequentes ... Coulomb uma teoria de torção em finos fios tecidos de seda e cabelo. Aqui ele foi o primeiro a demonstrar como a torção pode fornecer ao físico um método de medir forças extremamente pequenas.
Também em Cherbourg aconteceu que Robert-Jacques Turgot foi indicado general controlador em 24 de agosto de 1774. Em 1775, Turgot solicitou memorandos com contribuições para uma possível reorganização do “Corps du Génie”.
Coulomb apresentou sugestões e é uma fascinante oportunidade para entender seu pensamento político. Ele desejava que o cidadão e o estado tivessem as mesmas regras. Ele propôs que o “Corps du Génie” e o serviço público em geral deviam reconhecer os talentos de seus membros individualmente, dentro de cada organização.
Em 1779 foi mandado para Rochefort para construir uma nova fortaleza, durante este período, Coulomb desenvolveu suas pesquisas sobre fricção, e escreveu “Teoria das Máquinas Simples”, que lhe concedeu o grande prêmio da Academia de Ciências em 1781. Neste trabalho Coulomb investigou “fricção dinâmica e estática em superfícies deslizantes e fricção no dobramento de cordas e rolamento”.
Na verdade, o trabalho de 1781 mudou a vida de Coulomb. Ele foi eleito para a cadeira de mecânica da Academia de Ciências e mudou-se para Paris, ocupando cargo permanente. Ele nunca mais desenvolveu algo projeto de engenharia, mas escreveu 7 tratados importantes em eletricidade e magnetismo, submetidos a Academia entre 1785 e 1791.
Fonte: www.nilsson.com.br
O físico francês Charles de Coulomb iniciou suas pesquisas no campo da eletricidade e do magnetismo para participar de um concurso aberto pela Académie des Sciences de Paris sobre a fabricação de agulhas imantadas. Seus estudos conduziram à chamada lei de Coulomb.
Charles-Augustin de Coulomb nasceu em Angoulême, em 14 de junho de 1736. Passou nove anos nas Índias Ocidentais como engenheiro militar e, nos intervalos de suas atividades profissionais, dedicava-se a investigações sobre mecânica aplicada. De volta à França, interessou-se pelos estudos de eletricidade. A publicação de numerosos artigos de grande repercussão nos meios científicos lhe valeu o ingresso na Académie des Sciences em 1781.
Começou a estudar um meio de avaliar a força magnética de uma barra imantada. Para esse fim, idealizou a balança de torção, semelhante à usada pelo físico e químico inglês Henry Cavendish para medir a atração gravitacional. Os resultados de suas pesquisas foram publicados de 1785 a 1789 nas Mémoires de l'Académie Royale des Sciences (Memórias da Academia Real de Ciências).
As experiências realizadas por Coulomb sobre os efeitos de atração e repulsão de duas cargas elétricas permitiram-lhe verificar que a lei da atração universal de Newton também se aplicava à eletricidade. Estabeleceu então a lei das atrações elétricas, segundo a qual as forças de atração ou de repulsão entre as cargas elétricas são diretamente proporcionais às cargas (massas) e inversamente proporcionais ao quadrado da distância que as separa. Coulomb morreu em Paris a 23 de agosto de 1806.
Fonte: www.coladaweb.com
12
