شارل أوغستان دي كولومب

شارل أوغستان دي كولوم ( يُلفظ / ˈkuːlɒm , -loʊm , kuːˈlɒm , -ˈloʊm / ، ويُنطق [ ^{1 ]} بالفرنسية: [ ^kulɔ̃ ] ؛ 14 يونيو 1736 - 23 أغسطس 1806) كان ضابطًا ومهندسًا وفيزيائيًا فرنسيًا . اشتهر باكتشافه لقانون كولوم ، الذي يُنسب إليه وصف القوة الكهروستاتيكية للتجاذب والتنافر . كما أنجز أعمالًا مهمة في مجال الاحتكاك ، وشكّلت أبحاثه حول ضغط التربة أساسًا لتطوير جزء كبير من علم ميكانيكا التربة لاحقًا .

تم تسمية وحدة الشحنة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات ، وهي الكولوم ، تكريماً له في عام 1880. ^{[ 2 ]}

وُلد شارل أوغستان دي كولومب في أنغوليم ، مقاطعة أنغوموا ، فرنسا ، لوالده هنري كولومب، مفتش الأملاك الملكية المنحدر من مونبلييه ، ووالدته كاثرين باجيه. عُمِّد في كنيسة القديس أندريه. انتقلت العائلة إلى باريس في طفولته المبكرة، ودرس في كلية مازاران . شملت دراسته الفلسفة واللغة والأدب. كما تلقى تعليمًا جيدًا في الرياضيات والفلك والكيمياء وعلم النبات. عندما واجه والده ضائقة مالية، اضطر إلى مغادرة باريس والذهاب إلى مونبلييه . خلال هذه الفترة، قدّم كولومب أول منشور له إلى جمعية العلوم في مونبلييه . عاد إلى باريس واجتاز امتحانات المدرسة الملكية للهندسة في ميزيير عام 1760.

تخرج عام 1761 وانضم إلى الجيش الفرنسي مهندسًا برتبة ملازم . على مدى العشرين عامًا التالية، تنقل بين مواقع مختلفة حيث عمل في مجالات هندسية متنوعة، من بينها الإنشاءات والتحصينات وميكانيكا التربة ، فضلًا عن مجالات هندسية أخرى. كانت أولى محطاته في بريست ، لكن في فبراير 1764 أُرسل إلى مارتينيك في جزر الهند الغربية ، حيث كُلِّف ببناء حصن بوربون الجديد ، واستمر في هذه المهمة حتى يونيو 1772. تدهورت صحته خلال السنوات الثلاث التي قضاها في مارتينيك، مما أثر عليه طوال حياته.

عند عودته إلى فرنسا، أُرسل كولومب إلى بوشان . وبدأ بكتابة أعمالٍ مهمة في الميكانيكا التطبيقية، وقدّم أول أعماله إلى أكاديمية العلوم في باريس عام ١٧٧٣. وفي عام ١٧٧٩، أُرسل كولومب إلى روشفور للتعاون مع الماركيز دي مونتاليمبير في بناء حصنٍ خشبي بالكامل بالقرب من جزيرة إيكس . وخلال فترة إقامته في روشفور، واصل كولومب أبحاثه في الميكانيكا، مستخدمًا على وجه الخصوص أحواض بناء السفن في روشفور كمختبراتٍ لتجاربه. وفي عام ١٧٧٩ أيضًا، نشر بحثًا مهمًا حول قوانين الاحتكاك ( نظرية الآلات البسيطة، مع مراعاة احتكاك أجزائها واحتكاك الحبال )، والذي أعقبه بعد عشرين عامًا مذكرةٌ حول مقاومة السوائل. ^{[ ٣ ]}

بعد عودته إلى فرنسا برتبة نقيب، عمل في لاروشيل وجزيرة إيكس وشيربورغ . اكتشف أولاً العلاقة العكسية بين قوة التجاذب بين الشحنات الكهربائية ومربع المسافة بينها، ثم اكتشف العلاقة نفسها بين الأقطاب المغناطيسية . لاحقاً، سُميت هذه العلاقات باسمه، وهي قانون كولوم .

في عام ١٧٨١، كان متمركزًا في باريس . وفي عام ١٧٨٧، زار مع تينون المستشفى البحري الملكي في ستون هاوس، وقد أعجبا بتصميم "الجناح" الثوري وأوصيا به للحكومة الفرنسية. ومع اندلاع الثورة الفرنسية عام ١٧٨٩، استقال من منصبه كمدير للمياه والينابيع ، وتقاعد إلى ضيعة صغيرة كان يملكها في بلوا . ^{[ ٣ ]}

استُدعي إلى باريس لفترة من الزمن للمشاركة في تحديد الأوزان والمقاييس الجديدة ، التي أقرتها الحكومة الثورية . أصبح أحد الأعضاء الأوائل في المعهد الوطني الفرنسي، وعُيّن مفتشًا للتعليم العام عام 1802. كانت صحته متدهورة للغاية، وتوفي بعد أربع سنوات في باريس. ^{[ 3 ]}

ترك كولومب إرثاً رائداً في مجال الهندسة الجيوتقنية لمساهمته في تصميم الجدران الاستنادية . واسمه واحد من بين 72 اسماً منقوشة على برج إيفل .

• 
  1821 نسخة من نظرية الآلات البسيطة
• 
  صفحة عنوان نسخة من كتاب "نظرية الآلات البسيطة" تعود لعام 1821
• 
  الصفحة 1 من نسخة عام 1821 من كتاب نظرية الآلات البسيطة

في عام ١٧٨٤، نُشرت مذكراته بعنوان " Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l'élasticité des fils de metal " ^{[ ٤ ]} (بحث نظري وتجريبي حول الالتواء ومرونة الأسلاك المعدنية). احتوت هذه المذكرات على نتائج تجارب كولوم على قوة الالتواء للأسلاك المعدنية، وتحديدًا باستخدام ميزان الالتواء . وكانت النتيجة العامة هي:

إن عزم الدوران، بالنسبة للأسلاك المصنوعة من نفس المعدن، يتناسب مع زاوية الالتواء، والقوة الرابعة للقطر، ومقلوب طول السلك.

في عام 1785، قدم كولوم تقاريره الثلاثة الأولى عن الكهرباء والمغناطيسية:

• «Premier mémoire sur l'électricité et le magnetétisme». ^{[ 5 ]} في هذا المنشور، يصف كولوم «كيفية بناء واستخدام ميزان كهربائي (ميزان الالتواء) يعتمد على خاصية الأسلاك المعدنية المتمثلة في امتلاكها قوة التواء رد فعل تتناسب مع زاوية الالتواء». كما حدد كولوم تجريبياً القانون الذي يفسر كيف «يؤثر جسمان مشحونان بنفس نوع الكهرباء على بعضهما البعض». في الصفحة 574، يذكر:

ونتيجة لهذه الدراسات الثلاثة، فإن الإجراء الطارد الذي تقوم به الكرتان المكهربتان بنفس طبيعة الكهرباء التي تمارسها على الآخر، يتناسب مع السبب العكسي لمسافة المسافات.

وبالتالي، يترتب على هذه الاختبارات الثلاثة أن قوة التنافر التي تمارسها الكرتان - [اللتان تم كهربتهما] بنفس نوع الكهرباء - على بعضهما البعض، تتبع النسبة العكسية لمربع المسافة.

• "المذكرة الثانية حول الكهرباء والمغناطيسية". ^{[ 6 ]} في هذا المنشور، يُجري كولوم "تحديد القوانين التي تعمل بموجبها كل من السوائل المغناطيسية والكهربائية، إما بالتنافر أو بالتجاذب". في الصفحة 579، يذكر أن قوة التجاذب بين كرتين مشحونتين بشحنتين متعاكستين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كميات الشحنة على الكرتين، وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين الكرتين.
• "المذكرة الثالثة حول الكهرباء والمغناطيسية". ^{[ 7 ]} "حول كمية الكهرباء التي يفقدها جسم معزول في فترة زمنية معينة، إما عن طريق ملامسته لهواء أقل رطوبة أو في الدعامات ذاتية الكهرباء بدرجات متفاوتة."

تم نشر أربعة تقارير لاحقة في السنوات التالية:

• "المذكرات الرابعة" ^{[ 8 ]} "حيث تم إثبات خاصيتين رئيسيتين للسائل الكهربائي: أولاً، أن هذا السائل لا يتمدد في أي جسم وفقًا للتقارب الكيميائي أو عن طريق الجذب الانتقائي، ولكنه ينقسم بين الأجسام المختلفة التي يتم وضعها على اتصال؛ ثانيًا، أنه في الأجسام الموصلة، يتمدد السائل، بعد أن يصل إلى حالة من الاستقرار، على سطح الجسم ولا يخترق إلى الداخل." (1786)
• "المذكرات الخامسة" ^{[ 9 ]} "حول الطريقة التي ينقسم بها السائل الكهربائي بين الأجسام الموصلة التي يتم توصيلها وتوزيع هذا السائل على الأجزاء المختلفة من سطح هذا الجسم." (1787)
• "المذكرات السادسة" ^{[ 10 ]} "استمرار البحث في توزيع السائل الكهربائي بين عدة موصلات. تحديد الكثافة الكهربائية عند نقاط مختلفة على سطح هذه الأجسام." (1788)
• "المذكرات السبعة" ^{[ 11 ]} "في المغناطيسية" (1789)

شرح كولوم قوانين التجاذب والتنافر بين الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية، على الرغم من أنه لم يجد أي علاقة بين الظاهرتين. ورجّح أن يكون التجاذب والتنافر ناتجين عن أنواع مختلفة من السوائل .

قدّم كولوم أيضًا إسهامًا كبيرًا في مجال علم الاحتكاك . ^{[ 12 ]} تُعرف نتائج غيوم أمونتونس وكولوم بقوانين أمونتونس-كولوم للاحتكاك . وقد أنجز كولوم الدراسة الأكثر شمولًا للاحتكاك التي أُجريت في القرن الثامن عشر، واختاره دنكان داوسون ضمن قائمة "رجال علم الاحتكاك" البالغ عددهم 23 رجلًا. ^{[ 13 ]}

قدّم كولوم إسهامات رائدة في فهم ضغط التربة ، والتي أصبحت أساسية في الهندسة الجيوتقنية . في عام 1776، قدّم بحثًا بعنوان "Essai sur une application des règles de Maximis et Minimis à quelques Problèmes de Statique, relatifs à l'Architecture" إلى أكاديمية العلوم . ^{[ 14 ]} قدّم هذا العمل ما يُعرف الآن بنظرية الوتد لضغط التربة، وأرسى العديد من المبادئ الأساسية لتحليل استقرار كتل التربة، بما في ذلك:

• قانون مقاومة القص : صاغ كولوم مقاومة القص للتربة على النحو التالي${\displaystyle s=c+\sigma \tan \varphi }$، أين${\displaystyle c}$يمثل التماسك،${\displaystyle \sigma }$الإجهاد طبيعي، و${\displaystyle \varphi }$هي زاوية الاحتكاك الداخلي.
• الضغط الأرضي الفعال والسلبي : قدم مفاهيم حدود الضغط الأرضي الفعال والسلبي، والتي تصف الظروف التي تمارس فيها التربة ضغطًا على هيكل داعم أو تقاوم الحركة.
• مستويات الانهيار : حدد كولوم أن مستوى الانهيار في التربة يحدث بزاوية${\displaystyle 45^{\circ }+\varphi /2}$أفقيًا.
• احتكاك الجدار : كان من بين أوائل من درسوا تأثيرات احتكاك الجدار بالتربة في تقليل الضغط الجانبي للتربة.
• الارتفاع الحرج : قدم كولوم طريقة لحساب الارتفاع الحرج لضفاف التربة الرأسية التي يمكن أن تظل مستقرة بسبب التماسك.
• الصرف : أكد على دور الصرف السليم في منع القوى الإضافية من التأثير على الهياكل الاستنادية بسبب تراكم المياه.
• التحقق التجريبي : قام كولوم بالتحقق من صحة نظرياته باستخدام ممارسات البناء المعاصرة، مثل تلك المستخدمة في الجدران الاستنادية لمارشال فوبان . ^{[ 15 ]}

تجاوز تحليل كولوم الحلول الهندسية العملية في عصره، إذ طبّق مبادئ علم السكون والميكانيكا بشكل منهجي على مشاكل استقرار التربة. ورغم أن باحثين لاحقين قد حسّنوا أساليبه، إلا أنها أرست الأساس لميكانيكا التربة الحديثة وتصميم الجدران الاستنادية، ولا تزال ذات صلة بالهندسة الجيوتقنية. ^{[ 16 ]} لم تقتصر إسهاماته على تطوير نظرية ميكانيكا التربة فحسب، بل أثرت أيضًا في أعمال لاحقة، بما في ذلك أعمال رانكين ، الذي طوّر نظريات التربة المتماسكة والحبيبية. ^{[ 15 ]} يُعاد إنتاج بيانات النشر المستخدمة في ورقة كولوم البحثية عام 1776 على غلاف كل عدد من مجلة الهندسة الجيوتقنية المحكّمة "جيوتكنيك" . ^{[ 17 ]}

• قائمة الأشياء التي سميت على اسم تشارلز كولومب
• قائمة العلماء الذين استُخدمت أسماؤهم في الثوابت الفيزيائية

• أعمال من تأليف أو عن شارل أوغستان دي كولومب في أرشيف الإنترنت
• أعمال شارل أوغستان دي كولومب على موقع LibriVox (كتب صوتية متاحة للجميع)
• نظرية الآلات البسيطة (1821)
• مجموعة مذكرات تتعلق بالفيزياء (1884)
• المكتبة الوطنية الفرنسية — مذكرات كولومب متوفرة بصيغة PDF.
• أوكونور، جون جيه؛ روبرتسون، إدموند إف ، "شارل أوغستان دي كولومب" ، أرشيف ماك تيوتور لتاريخ الرياضيات ، جامعة سانت أندروز
• مذكرات كولوم حول الالتواء والكهرباء والمغناطيسية مترجمة إلى الإنجليزية