Biografía
El padre de Charles Augustin Coulomb fue Henry Coulomb y su madre Catherine Bajet. Sus dos padres provenían de familias que eran bien conocidas en sus campos. La familia de su padre era importante en la profesión legal y en la administración de la región de Languedoc en Francia, y la familia de su madre también era bastante rica. Después de crecer en Angulema, la capital de Angoumois en el suroeste de Francia, la familia de Coulomb se mudó a París. En París ingresó en el Collège Mazarin, donde recibió una buena formación clásica en lengua, literatura y filosofía, y recibió la mejor enseñanza disponible en matemáticas, astronomía, química y botánica.
En esta etapa de su educación hubo una crisis para Coulomb. A pesar de la buena reputación de su padre, había hecho especulaciones financieras infructuosas, había perdido todo su dinero y se había mudado de París a Montpellier. La madre de Coulomb permaneció en París, pero Coulomb tuvo un desacuerdo con ella sobre la dirección de su carrera, por lo que dejó París y se fue a Montpellier a vivir con su padre. En esta etapa los intereses de Coulomb eran principalmente en matemáticas y astronomía, y mientras que en Montpellier se unió a la Sociedad de Ciencias en marzo de 1757 y leer varios documentos sobre estos temas a la Sociedad.
Coulomb quería ingresar a la École du Génie en Mézières, pero se dio cuenta de que para superar los exámenes de ingreso necesitaba ser tutorado. En octubre de 1758 fue a París para recibir las clases particulares necesarias para tomar los exámenes. Camus había sido nombrado examinador de escuelas de artillería en 1755 y fue su Cours de mathématiques that que Coulomb estudió durante varios meses. En 1758 Coulomb tomó los exámenes establecidos por Camus que aprobó y entró en la École du Génie en Mézières en febrero de 1760. Formó una serie de amistades importantes en esta época que fueron importantes en su trabajo científico posterior, uno con Bossut, que fue su maestro en Mézières y el otro con Borda.
Coulomb se graduó en noviembre de 1761. Ahora era un ingeniero entrenado con el rango de teniente en el Corps du Génie. Durante los siguientes veinte años fue destinado a una variedad de lugares diferentes donde estuvo involucrado en ingeniería, diseño estructural, fortificaciones, mecánica de suelos y muchas otras áreas. Su primer destino fue en Brest, pero en febrero de 1764 se estableció en Martinica, en las Indias Occidentales. Martinica cayó bajo la soberanía de Francia bajo Luis XIV en 1658. Sin embargo, Martinica fue atacada por una serie de flotas extranjeras en los años siguientes. Los holandeses lo atacaron en 1674, pero fueron expulsados, al igual que los ingleses en 1693 y los ingleses de nuevo en 1759. Martinica fue finalmente capturada por los ingleses en 1762, pero fue devuelta a Francia bajo los términos del Tratado de París en 1763. Los franceses intentaron hacer la isla más segura construyendo un nuevo fuerte.
Coulomb fue puesto a cargo de la construcción del nuevo Fuerte Borbón y esta tarea lo ocupó hasta junio de 1772. Fue un período durante el cual mostró el lado práctico de sus habilidades de ingeniería que se necesitaban para organizar la construcción, pero sus experiencias jugarían un papel importante en las memorias teóricas posteriores que escribió sobre mecánica. En lo que respecta a la salud de Coulomb, estos fueron años difíciles y las enfermedades que sufrió mientras estaba en Martinica lo dejaron con mala salud por el resto de su vida.
A su regreso a Francia, Coulomb fue enviado a Bouchain. Sin embargo, ahora comenzó a escribir importantes obras sobre mecánica aplicada y presentó su primer trabajo a la Académie des Sciences en París en 1773. Este trabajo, Sur une application des règles, de maximis et minimis à quelque problèmes de statique, relatifs à l’architecture was fue escrito (en palabras de Coulomb, ver por ejemplo ):-
… determinar, en la medida en que una combinación de matemáticas y física lo permita, la influencia de la fricción y la cohesión en algunos problemas de estática.
Quizás el hecho más significativo de esta memoria desde un punto de vista matemático es el uso de Coulomb del cálculo de variaciones para resolver problemas de ingeniería. Como Gillmor escribe en: –
En esta memoria de 1773 hay casi una vergüenza de riquezas, ya que Coulomb procedió a discutir la teoría de la ruptura integral de pilares de mampostería, el diseño de arcos abovedados y la teoría de la presión de la tierra. En este último desarrolló una teoría de cuña deslizante generalizada de la mecánica del suelo que permanece en uso hoy en día en la práctica de ingeniería básica. Una razón, tal vez, para la relativa negligencia de esta parte del trabajo de Coulomb fue que trató de demostrar el uso del cálculo variacional en la formulación de métodos de enfoque a los problemas fundamentales en la mecánica estructural en lugar de dar soluciones numéricas a problemas específicos.
A menudo se da el caso de que un uso sofisticado de las matemáticas en una aplicación a un área donde la mayoría tiene menos sofisticación matemática, le da al trabajo valores a largo plazo que no se ven a menudo en ese momento. La memoria fue sin duda muy valorada por la Academia de Ciencias por lo que le llevó a ser nombrado corresponsal de Bossut el 6 de julio de 1774. Desde Bouchain, Coulomb fue enviado a Cherburgo. Mientras estaba allí, escribió una famosa memoria sobre la brújula magnética que presentó para el Gran Premio de la Academia de Ciencias en 1777.
Este artículo de 1777 ganó a Coulomb una parte del premio y contenía su primer trabajo sobre el equilibrio de torsión: –
… su solución simple y elegante al problema de la torsión en cilindros y su uso del equilibrio de torsión en aplicaciones físicas fueron importantes para numerosos físicos en los años siguientes. … Coulomb desarrolló una teoría de torsión en hilos finos de seda y cabello. Aquí fue el primero en mostrar cómo la suspensión de torsión podía proporcionar a los físicos un método para medir con precisión fuerzas extremadamente pequeñas.
Otro episodio interesante ocurrió durante el tiempo que Coulomb pasó en Cherburgo. Robert-Jacques Turgot fue nombrado contralor general por Luis XVI el 24 de agosto de 1774. Comenzó a sentirse amenazado por sus oponentes políticos en 1775 y comenzó una serie de reformas. Entre ellos se encontraba la reforma del Cuerpo de Ingenieros y Turgot, que pidió memorias sobre su posible reorganización. Coulomb presentó una memoria que da sus ideas y es una oportunidad fascinante para entender sus puntos de vista políticos. Coulomb quería que el estado y el individuo jugaran papeles iguales. Propuso que el Corps du Génie en particular, y todos los servicios públicos en general, reconocieran el talento de sus miembros individuales en la promoción dentro de la organización.
En 1779 Coulomb fue enviado a Rochefort para colaborar con el marqués de Montalembert en la construcción de un fuerte hecho completamente de madera cerca de Ile d’Aix. Al igual que Coulomb, el Marqués de Montalembert tenía una reputación como ingeniero militar que diseñaba fortificaciones, pero su trabajo innovador había sido criticado por muchos ingenieros franceses :-
Viendo las fortalezas como nada más que inmensas baterías permanentes diseñadas para derramar fuego abrumador sobre los ejércitos atacantes, Montalembert simplificó los intrincados diseños geométricos de Vauban y se basó en estructuras poligonales simples, a menudo con fuertes periféricos separados en lugar de bastiones salientes.
Durante su estancia en Rochefort, Coulomb continuó su investigación en mecánica, en particular utilizando los astilleros de Rochefort como laboratorios para sus experimentos. Sus estudios sobre la fricción en Rochefort llevaron a Coulomb a realizar un importante trabajo sobre la fricción Théorie des machines simples, que le valió el Gran Premio de la Academia de Ciencias en 1781. En esta memoria Coulomb: –
… investigó la fricción estática y dinámica de superficies deslizantes y la fricción en la flexión de cables y en el laminado. A partir del examen de muchos parámetros físicos, desarrolló una serie de ecuaciones de dos términos, el primer término una constante y el segundo término que varía con el tiempo, la fuerza normal, la velocidad u otros parámetros.
Debido a este trabajo premiado, los autores de escribir:-
Las contribuciones de Coulomb a la ciencia de la fricción fueron excepcionalmente grandes. Sin exagerar, se puede decir que él creó esta ciencia.
De hecho, estas memorias de 1781 cambiaron la vida de Coulomb. Fue elegido para la sección de mecánica de la Academia de Ciencias como resultado de este trabajo, y se trasladó a París, donde ahora ocupó un puesto permanente. Nunca más asumió ningún proyecto de ingeniería, aunque permaneció como consultor en asuntos de ingeniería, y dedicó su vida a partir de este momento a la física en lugar de la ingeniería. Escribió siete tratados importantes sobre electricidad y magnetismo que presentó a la Académie des Sciences entre 1785 y 1791. Estos siete artículos se discuten en donde el autor muestra que Coulomb: –
… había obtenido algunos resultados notables utilizando el método de equilibrio de torsión: ley de atracción y repulsión, cargas de puntos eléctricos, polos magnéticos, distribución de electricidad en la superficie de cuerpos cargados y otros. Se examina y discute la importancia de la ley de Coulomb para el desarrollo del electromagnetismo.
En estos desarrolló una teoría de atracción y repulsión entre cuerpos de la misma y opuesta carga eléctrica. Demostró una ley de cuadrados inversos para tales fuerzas y pasó a examinar conductores y dieléctricos perfectos. Sugirió que no había un dieléctrico perfecto, proponiendo que cada sustancia tiene un límite por encima del cual conducirá electricidad. Estos documentos fundamentales presentan el caso de la acción a una distancia entre cargas eléctricas de una manera similar a como la teoría de la gravitación de Newton se basó en la acción a una distancia entre masas.
Estos documentos sobre electricidad y magnetismo, aunque el más importante del trabajo de Coulomb en este período, fueron solo una pequeña parte del trabajo que emprendió. Presentó veinticinco memorias a la Academia de Ciencias entre 1781 y 1806. Coulomb trabajó en estrecha colaboración con Bossut, Borda, de Prony y Laplace durante este período. Notablemente, participó en el trabajo de 310 comités de la Academia. Todavía estaba involucrado en proyectos de ingeniería como consultor, el más dramático de los cuales fue su informe sobre mejoras de canales y puertos en Bretaña en 1783-84. Había sido presionado en esta tarea en contra de su mejor juicio y terminó asumiendo la culpa cuando se hicieron críticas y pasó una semana en prisión en noviembre de 1783.
También realizó servicios para los respectivos gobiernos franceses en campos tan variados como la educación y la reforma de hospitales. En 1787 hizo un viaje a Inglaterra para informar sobre las condiciones en los hospitales de Londres. En julio de 1784 fue nombrado para cuidar de las fuentes reales y se hizo cargo de una gran parte del suministro de agua de París. El 26 de febrero de 1790 nació el primer hijo de Coulomb, aunque no estaba casado con Louise Françoise LeProust Desormeaux, que era la madre de su hijo.
Cuando comenzó la Revolución Francesa en 1789, Coulomb había estado profundamente involucrado con su trabajo científico. Muchas instituciones se reorganizaron, no todas al gusto de Coulomb, y se retiró del Corps du Génie en 1791. Casi al mismo tiempo que la Academia de Ciencias fue abolida en agosto de 1783, fue retirado de su cargo a cargo del suministro de agua y, en diciembre de 1793, el comité de pesos y medidas en el que servía también se disolvió. Coulomb y Borda se retiraron al campo para hacer investigación científica en una casa que poseía cerca de Blois.
La Academia de Ciencias fue reemplazada por el Instituto de Francia y Coulomb regresó a París cuando fue elegido para el Instituto en diciembre de 1795. El 30 de julio de 1797 nació su segundo hijo y, en 1802, se casó con Louise Françoise LeProust Desormeaux, la madre de sus dos hijos. Mencionamos anteriormente que Coulomb estaba involucrado con los servicios a la educación. Estos fueron en gran parte entre 1802 y 1806, cuando era inspector general de instrucción pública y, en ese papel, fue el principal responsable de la creación de los liceos en toda Francia.
Terminemos citando el homenaje que le rindió Biot, que escribió:-
Es a Borda y a Coulomb a quienes se debe el renacimiento de la verdadera física en Francia, no una física verbosa e hipotética, sino esa física ingeniosa y exacta que observa y compara todo con rigor.