Coulomb und die französische Schule

Was ist die höchste Auszeichnung, die einem Wissenschaftler im 18. Jahrhundert zu Teil werden konnte? Der Nobelpreis nicht, soviel steht fest, er wird erst seit 1901 verliehen. Wenn jedoch ein Naturgesetz und eine Maßeinheit nach einem Forscher benannt werden, ist dies auch eine sehr große Würdigung seiner Arbeit. So ist das Kraft-Abstands-Gesetz der Elektrostatik dank der herausragenden wissenschaftliche Arbeit von Charles Augustin Coulomb unter dem Namen Coulombsches Gesetz bekannt.

„Würde das 1/ -Gesetz nicht gelten, so hätte dies schwerwiegende

Folgerungen für die Maxwellschen Gleichungen…“([9], S.303) und somit für viele Teile der Physik. Dies macht die Beschäftigung mit Coulombs Leben und Werk so interessant. Ohne seine Erkenntnisse wären wir physikalisch vielleicht längst nicht so weit, wie wir es heute bereits sind. Umso paradoxer erscheint die Tatsache, dass Coulombs Forschungsergebnisse in einigen europäischen Ländern lange keine Anerkennung fanden.

Warum dies so war und wie Coulomb zur Erkenntnis des Kraft-Abstand-Gesetzes gelangen konnte, wird im Folgenden nach einem kurzen biographischen Abriss erläutert.

Biographischer Überblick über das Leben Coulombs 1 :

Charles Augustin Coulomb wurde am 14.Juni 1736 im französischen Angoulème als Sohn einer bürgerlichen Familie geboren: Henry Coulomb, sein Vater, war ein hoher Regierungsbeamter, seine Mutter Catherine kam aus wohlhabenden Verhältnissen.

In seiner Jugend zog Coulomb mit seinen Eltern nach Paris und trat in das Collège de Quatre Nations ein, wo er – der Tradition des französischen Collège gemäß – eine umfassende Allgemeinbildung in Sprache, Literatur und Philosophie, sowie eine der zu dieser Zeit besten

1 Dieser Teil der Arbeit soll nicht als komplette Biographie dienen, sondern vielmehr Daten, die f rü Coulombs Werk von Bedeutung sind, in sein Leben einordnen.

Ausbildungen in Mathematik, Astronomie, Chemie und Botanik genoss2. Coulomb wandte sein Interesse von Anfang an vor allem der Astronomie und Mathematik zu. Zu dieser Zeit verlor sein Vater Henry durch Wirtschafts-Spekulationen sein gesamtes Vermögen und zog zu reichen Verwandten nach Montpellier. Coulomb, der sich mit seiner Mutter zerstritten hatte, da sie ihn gegen seinen Willen zu einem Medizinstudium drängen wollte, folgte seinem Vater nach.

Dort gehörte er von 1757 bis 1761 der Societé royal of Sciences, einer Gemeinschaft von Wissenschaftlern an, in der er auch seine ersten wissenschaftlichen Arbeiten veröffentlichte.

Im Oktober 1758 ging er nach Paris zurück um sich auf die Aufnahmeprüfung für die Ecole du gènie, einer Militärschule in Mézières vorzubereiten. Als er diese 1760 bestand, studierte er dort in den folgenden zwei Jahren unter namhaften Lehrern wie Camus und Bossut.

Nach erfolgreicher Abschlussprüfung wurde Coulomb 1761 zum ‚lieutenant en premier‘ befördert und übte diese Tätigkeit bis 1763 in Brest aus. Ein Jahr später wurde er auf Martinique entsandt um dort beim Bau einer Befestigungsanlage, dem Fort Bourbon, als Ingenieur mitzuhelfen. Dadurch konnte er praktische Beobachtungen in Bereichen der Baustatik machen, die er nach seiner Rückkehr nach Frankreich 1772 in seinen Statik-Abhandlungen ‚Memoire sur la statique des voutes‘ 1773 veröffentlichte.

Eines der bedeutsamsten Jahre in Coulombs physikalischer Laufbahn ist das Jahr 1777, in dem er eine Preisaufgabe der Pariser Académie Royale des Sciences zur Torsion und ihrer messtechnischen Anwendung bearbeitete und damit den ausgesetzten Preis gewann. Das Herausragende an dieser Abhandlung war die Tatsache, dass Coulomb, aufgrund seiner guten mathematischen Grundbildung, seine Forschungsergebnisse nicht nur wie seine Konkurrenten schriftlich sondern auch in präzisen mathematischen Formeln ausdrücken konnte.

Nach Jahren in Besançon und Rochefort gewann Coulomb 1781 erneut einen Preis der Pariser Akademie, diesmal für seine Untersuchungen zur 2 Vgl. hierzu Ernst Rehan, 1867, ber das Coll ge des Quatre Nations: ü è„Doch nur Frankreich besitzt ein Institut, in dem alle Strebungen des menschlichen Geistes geb ndelt werden, in dem Dichter, Philosophen, Historiker, Kritiker, Mathematiker, Physiker,ü Astronomen, Naturwissenschaftler, Wirtschaftswissenschaftler, Juristen, Bildhauer, Maler, Musiker kollegial verkehren.“

Reibung zwischen zwei Festkörpern. Dieser Erfolg sollte Coulombs Leben verändern. Er wurde dauerhaft nach Paris versetzt und aufgrund seiner Forschungsleistungen folgte noch im selben Jahr die Aufnahme als ‚adjoint mécanicien‘ in die Académie Royale. Nun konnte Coulomb seine wissenschaftliche Arbeit an der Akademie unter Ausnutzung neuester physikalischer Theorien mit seiner praktischen Arbeit beim Corps du Génie verbinden.

Diese Verbesserung seiner Forschungssituation führte bald zu sehr bemerkenswerten Ergebnissen, wie z.B. zu seiner 1784 veröffentlichten Arbeit zur Torsion von Metallfäden. Darin beschreibt Coulomb nicht nur die Grundidee der Torsionswaage - ein wichtiger Schritt für die spätere Entdeckung des Kraft-Abstand-Gesetzes - sondern auch die bis heute gültige Formel zur Berechnung der Torsionsmodule von Metallfäden.

Zwischen 1785 und 1791 schließlich, veröffentlichte Coulomb, nun auf dem Höhepunkt seines Schaffens, ‚sur l’electricite et le magnetisme‘, sieben Abhandlungen über Elektrizität und Magnetismus, in denen er unter anderem - mit Hilfe der Torsionswaage - das Phänomen von magnetischer Anziehung und Abstoßung, das Verhalten elektrischer Punktladungen und magnetischer Pole, sowie die Ladungsverteilung auf Oberflächen geladener Körper untersuchte. Vor allem die Aufstellung des Coulombschen Gesetzes innerhalb dieser Abhandlungen zeigt, von welch großer Bedeutung die Forschungsarbeit Coulombs in diesen Jahren für die Physik war.

1791 verließ Coulomb aus eigenem Wunsch den Corps du Génie, zwei Jahre später löste sich schließlich auch die Académie Royale auf. Weil er sich wegen seiner guten Beziehungen zu vielen Royalisten und der ihm missfallenden Umstrukturierung des Corps seit der französischen Revolution in Paris nicht mehr wohl fühlte, entschloss sich Coulomb zusammen mit seinem Freund Borda aufs Land zu ziehen.

1795 kehrte er nach Paris zurück, wo er bis zu seinem Tod am 23. August 1806 lebte.

Die französische Schule im Kontext ihrer Zeit:

Um die Besonderheiten der Ausbildung Coulombs an der Ecole du gènie verstehen zu können, muss man die politische Gesamtsituation, sowie die Bildungssituation Frankreichs zur Mitte des 18. Jahrhunderts betrachten.

Die wichtigste Voraussetzung für naturwissenschaftlichen und damit auch militärischen Fortschritt war damals vor allem eine gute mathematische Ausbildung. Somit existierte von Seiten des französischen Staates und Militärs ein großes Interesse an mathematisch ausgebildeten Leuten. Weil es jedoch zu dieser Zeit noch keine Universitäten im heutigen Sinne gab, wurde diese Aufgabe vor allem von den Militärschulen wie der Ecole du gènie übernommen. Damit gehörten französische Militäringenieure wie Coulomb zu den mathematisch am besten ausgebildeten Personen ihrer Zeit.

Frankreichs politische Ambitionen lagen in dieser Zeit unter anderem darin, die europäische Vorherrschaft als Kolonial-, See- und Handelsmacht zu erringen, was zu einem Interessenskonflikt mit England führte. Ein schönes Beispiel dafür, wie eng Staat und naturwissenschaftliche Forschung damals miteinander verknüpft waren ist das Folgende: Die Preisaufgabe, die Coulomb 1777 erfolgreich löste, war keineswegs nur aus wissenschaftlichem Interesse gestellt worden, sondern der französische Staat erhoffte sich daraus vor allem die Grundlage für die Entwicklung eines seetauglichen Kompasses zu schaffen, da die englische Flotte damals bereits dreimal so groß wie die französische war.

Vorarbeiten Coulombs zur Ermittlung des Kraft-Abstand-Gesetzes:

Der Ausgangspunkt zur Entdeckung des Coulombschen Gesetzes ist die bereits oben angesprochen Arbeit Coulombs zur Preisaufgabe der Académie Royale 1777, da dort die Torsionskraft bei Verdrillung von dünnen Fäden, also die Grundlage für die Entwicklung der elektrostatischen Torsionswaage, untersucht wurde.

Mit Hilfe seiner Erkenntnisse aus dieser Studie sowie deren Weiterentwicklung und Verbesserung in der praktischen Anwendung konstruierte Coulomb in den nächsten Jahren eine weitere Anwendung des Messprinzips aufgrund von Torsion: Die elektrische Waage, besser

bekannt unter der Bezeichnung elektrostatische Torsionswaage. Coulomb selbst erwähnt diese erstmals 1784.

Das Torsionswaagenexperiment (Coulomb 1785):

Mit diesem Experiment gelang es Coulomb mit Hilfe der von ihm entwickelten Torsionswaage die Kraft-Abstand Beziehung im Falle von elektrostatischer Abstoßung experimentell nachzuweisen.

Versuchsaufbau:

Coulomb beschreibt für dieses Experiment folgenden Aufbau:

(siehe auch Abbildung auf der nächsten Seite)

3

3 Grafik aus [1]

Ein Glaszylinder mit einem Durchmesser und einer Höhe von 32 cm ist durch eine Glasplatte bedeckt, in die zwei Löcher vom Durchmesser 4,5 cm gebohrt wurden. Über dem zentrischen Loch befindet sich eine 65 cm hohe Glasröhre, in deren oberes Ende das Torsionsmikrometer eingeführt wird. Daran ist ein 76 cm langer Silberfaden mit einem Durchmesser von rund 0,035mm durch Einklemmen befestigt. Am unteren Ende des Fadens befindet sich ein Kupfer- oder Eisenzylinder mit einem Durchmesser von 0,2 cm und einer Länge von 3,4 cm. Das Gewicht dieses Zylinders soll den Faden spannen ohne ihn zu zerreißen. Er dient als Halterung für einen mit Siegellack überzogenen Seidenfaden bzw. Strohhalm. An dem einen Ende ist eine Papierscheibe (zur Dämpfung der Schwingung), am anderen eine zylindrische Fortsetzung aus Schellack befestigt. An der Schellackverlängerung ist eine Hohlkugel angesetzt, die einen Durchmesser von 0,5 bis 0,7 cm hat. In das zweite Loch wird ein Stab eingeführt, der im unteren Teil aus Schellack besteht; am unteren Ende des Schellackzylinders befindet sich eine zweite Holundermarkkugel. Diese Kugel hat den gleichen Durchmesser wie die bewegliche und wird in deren Ruhelage positioniert. Um den gesamten Zylinder ist ein Papierstreifen geklebt, der zum Ablesen des Winkels zwischen den beiden Kugeln dient.4

Die bewegliche Kugel hat die Eigenschaften eines Pendels, sie kann sich frei in alle drei Raumrichtungen bewegen.

Durchführung:

Zunächst muss die feste Holundermarkkugel genau in die Ruhelage der beweglichen gebracht werden. Zum Justieren der Apparatur kalibriert man dann den Papierstreifen so, dass die 0° Position dem Mittelpunkt

der ruhenden Hohlkugel entspricht, also ist.

Nun elektrisiert man mit Hilfe eines zunächst durch Reibung geladenen Siegellackstabes an dessen Ende eine Nadel mit großem Nadelkopf angebracht ist die sich in Ruhe befindende Kugel durch Berühren auf.

Dadurch dass die beiden Kugeln in Kontakt sind, wird auch die zweite Kugel gleichnamig zur ersten geladen, die beiden Kugeln stoßen sich ab. Dabei tordiert sich der Aufhängefaden und erzeugt dabei eine

4 Nach [7]

Gegenkraft, durch die die bewegliche Kugel in eine neue Ruhelage gelenkt wird. In dieser Position sind die Beträge der Torsionskraft und der elektrostatischen Kraft gleich groß. Nun liest man durch Anvisieren des Mittelpunktes der beweglichen Kugel über den Befestigungsfaden

den Winkel zwischen den beiden Kugeln ab.

Danach wird durch Erhöhung der Torsionskraft (Drehen des

Torsionsmikrometers, Änderung von ) die bewegliche Kugel in eine

neue Gleichgewichtslage gebracht und der Abstandswinkel α erneut abgelesen.

Theoretischer Hintergrund:

Die Torsionskraft berechnet sich wie folgt:

Dabei bezeichnet den Torsionswinkel, den man am

Torsionsmikrometer ablesen und einstellen kann und D die

Winkelrichtgröße, die von Länge und Radius der Aufhängung sowie

dem materialspezifischen Torsionsmodul G abhängig ist.5

Randbedingungen:

Die oben genannte Vorgehensweise gilt nur im Fall von elastischer Torsion. Dies impliziert z.B. das es obere Schranken für das Gewicht der am Faden hängenden Masse sowie für den Torsionswinkel gibt.

Auswertung:

Wie schon oben erörtert, ist der Betrag der elektrostatischen Abstoßungskraft gleich dem Betrag der Torsionskraft sobald sich die bewegliche Kugel in ihrer Ruhelage stabilisiert hat. Da man den

jeweiligen Betrag der Torsionskraft durch Ablesen von mit Hilfe des 5 Formeln aus [6]

Torsionsmodules berechnen kann, kennt man dadurch auch automatisch .

Außerdem besteht eine direkte Abhängigkeit zwischen der Torsionskraft und dem Torsionswinkel ✟�, der am Torsionsmikrometer abgelesen wird.

Somit kann man also aus dem Verhältnis der Torsionswinkel, das man aus den oben erläuterten zwei Teilversuchen erhält, auch das Verhältnis der jeweiligen elektrostatischen Abstoßungskräfte zueinander errechnen.

Mit Hilfe des jeweiligen Auslenkungswinkels α, den man am

Papierstreifen abliest, kann man den geradlinigen Abstand zwischen

den beiden Kugelschwerpunkten bestimmen, da sich die beiden geladenen Kugeln auf einer Kreisbahn bewegen.

Nun setzt man das Verhältnis der verschiedenen elektrostatischen Kräfte bei verschiedenen Torsionswinkeln ins Verhältnis zu den jeweilig errechneten Abstandsverhältnissen und versucht dadurch eine

Proportionalität zwischen und zu erkennen, was dem Verhältnis

entspricht. Liegt eine Proportionalität vor, so müssen k und m Konstanten sein, was bei Coulomb laut seiner Aussage der Fall war.

Am besten lässt sich eine eventuelle Abhängigkeit durch das Plotten der gemessenen Auslenkungswinkel gegen die jeweils dazugehörigen Torsionswinkel ablesen.

Mit dem Kosinussatz folgt:

Fehlerbetrachtung:

Man kann von relativ großen Messfehlern ausgehen, da

- die Empfindlichkeit der Konstruktion (Maße der einzelnen Bauteile) an der Grenze des damals präzise herstellbaren liegt.

- die zu bestimmenden Kräfte in einem sehr kleinen Bereich

(~20 nN) liegen.

- es beim Justieren der festen Kugel in die genaue Raumposition der beweglichen Kugel zu Fehlern in allen drei Bewegungsrichtungen kommen kann.

- es zu Ladungsverlusten durch Stöße mit ionisierten Luftmolekülen kommt.

- Ableseungenauigkeiten vorliegen.

- sich die beiden Ladungen gegenseitig beeinflussen (Influenz)

- der Experimentator selbst elektrostatisch geladen sein kann.

- …

Außerdem war es Coulomb mit seinem Verfahren aufgrund der Torsionsgrenze nicht möglich mehr als 3 Messwerte pro Messreihe aufzunehmen.

Bewertung:

Unter Einbeziehung sämtlicher Fehlerquellen sowie den technischen Grenzen des Versuchsaufbaus ist es sehr fragwürdig, ob Coulomb aus

seinen Messwerten wirklich seine veröffentlichte Abhängigkeit

=c∙1/ , c=konst.,

folgern konnte.

Allein schon die elektrostatische Aufladung des Experimentators ist als

Störquelle groß genug um eine messbare 1/ Anhängigkeit der

elektrischen Kraft vom Abstand der Ladungen unmöglich zu machen. Es kann jedoch, auch wenn es Indizien dafür gibt, nicht mit Sicherheit nachgewiesen werden, ob Coulomb während seiner Messungen

aufgeladen war oder nicht. Auch ob er sich dem Einfluss seiner Eigenladung bewusst war und Gegenmaßnahmen dazu ergriff ist bis heute nicht geklärt.

Außerdem ist fragwürdig, ob Coulombs veröffentlichte Werte (drei Wertepaare) seine wirklich gemessenen oder nachträglich korrigierte Werte waren.

Auch diesem Punkt gibt es verschiedene Hypothesen. Hier zwei von ihnen:

- Coulomb habe sehr viele Messreihen durchgeführt und dann drei Wertepaare ausgesucht, die der Theorie entsprachen.

- Coulomb habe seine veröffentlichten Werte gar nicht gemessen sondern berechnet.

Da niemals die fraglichen Laborbücher gefunden wurden, werden wohl die Antworten auf diese Fragen für immer offen bleiben. Fest steht jedoch, dass Coulomb, egal wie er zu seinen Messwerten gelangte, eines der wichtigsten Gesetze der Elektrizitätslehre entdeckte und publizierte.

Experiment zur Anziehung zweier gleich geladener Körper:

In seiner zweiten Arbeit beschäftigte sich Coulomb mit der Kraft-Abstands-Beziehung im Fall der elektrischen Anziehung

Versuchsaufbau:

Coulomb beschreibt für dieses Experiment folgenden Aufbau:

(siehe auch nachstehende Abbildung)

6

An einem Holzgestell hängt an einem Seidenfaden, der von einem Kokon stammt und die Länge 1,8 cm hat, eine Schellacknadel der Länge 3,4 cm. An einem Ende der Nadel befindet sich eine Scheibe aus Blattgold, die einen Durchmesser von 1,6 cm hat. Diese befindet sich in einem genau bestimmbaren, aber variablen Anstand zur Oberfläche eine mit Zinnfolie überzogenen Kugel, deren Durchmesser 32,5 cm beträgt. Diese Kugel steht auf vier Glasstäben, die zur besseren Isolation mit Siegellack überzogen sind. Diese Glasstäbe werden in einen höhenverstellbaren hölzernen Schemel gesteckt.7

Durchführung:

Zunächst bringt man durch einen Funken aus einer Leydener Flasche Ladung auf die Kugel auf. Da sich die Goldscheibe im elektrischen Feld 6 Grafik aus [1]7 Nach [7]

der Kugel befindet, lädt sie sich durch Influenz ebenfalls und ist nachdem sie kurz geerdet wurde entgegengesetzt zur Kugel geladen. Nun lenkt man die Scheibe aus und bestimmt aus 15 Schwingungen die mittlere Periodendauer. Dies wiederholt man mehrmals für verschiedene Abstände. Mit Abstand ist dabei die Entfernung von der Scheibenmitte bis zum Mittelpunkt der Kugel gemeint.

Theoretischer Hintergrund:

In diesem Versuch entsteht die rückstellende Kraft nicht aufgrund von Torsion, sondern dadurch, dass eine äußere Kraft im homogenen Feld ständig ihren Angriffswinkel ändert; vergleichbar mit den physikalischen Verhältnissen bei einem Fadenpendel.

Das Drehmoment lässt sich über den Radius und die rückstellende

Kraft berechnen: (1)

Mit trigonometrischen Überlegungen folgt:

(2)

ð (3)

mit der Kleinwinkelnäherung folgt: (4)

Mit dem zwischen und und unter Berücksichtigung der

Rotationsbewegung des Stabes erhält man folgende Relation:

(5)

wobei die Winkelbeschleunigung und I das

Massenträgheitsmoment des Stabes ist.

Mit (4) und (5) folgt:

(6)

(7)

Für eine harmonische Schwingung lautet die Schwingungsgleichung:

(8)

ð (9) in (7)

ð (10)

ð (11)

allgemein gilt für die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung:

(12)

wobei T die Schwingungsdauer bezeichnet.

Somit folgt aus (11) und (12):

(13)

Da sich I und r nicht verändern, kann man sie als konstant setzen und erhält somit folgende Beziehung:

Sollte Coulombs Annahme Gültigkeit zeigen, muss gelten:

Auswertung:

Coulomb veröffentlichte die Ergebnisse von drei Messreihen:

1. r=9 pouces(p.), T(15 Schwingungen)=20‘‘

2. r=18 pouces, T(15 Schwingungen)=40‘‘

3. r=24 pouces, T(15 Schwingungen)=60‘‘

Daraus folgt jeweils für :

1. = 0, Bogensekunden/p.

2. = 0, Bogensekunden/p.

3. = 0, Bogensekunden/p.

Unter Berücksichtigung der im Nachfolgenden genannten Fehlerquellen

erfüllen diese Ergebnisse die zuvor geforderte Konstanz von und

beweisen so Coulombs Behauptungen.

Fehlerbetrachtung:

Auch bei diesem Versuch gibt es eine Reihe von Fehlerquellen, da

- es aufgrund des Spitzeneffekts zu Ladungsverlusten sowohl auf der Kugeloberfläche als auch auf der Scheibe kommen kann.

- die Schellacknadel bei nicht genau waagrechter Ausrichtung sehr schnell zu Taumeln beginnt.

- der Aufbau sehr empfindlich gegenüber Luftzug ist.

- es durch metallische Gegenstände in Nähe des Versuchsaufbaus zu Influenzwirkungen auf das Experiment kommen kann.

- der Abstand und die Zeit nicht komplett exakt bestimmt werden können.

Bewertung:

Wie bereits in der Auswertung angesprochen gelang es Coulomb dieses Mal sehr gut, die von ihm behauptete Gesetzmäßigkeit mit Messwerten zu belegen.

Das Gravitationsgesetz und das Coulombsche Gesetz – Der Vergleich zweier Fernwirkungsgesetze:

Fernwirkung:

Zur Zeit Coulombs verstand man unter Fernwirkung eine Wechselwirkung zwischen zwei Körpern, ohne dass diese in direktem mechanischen Kontakt zueinander standen.

Einer der ersten Wissenschaftler, der sich mit dem Prinzip der Fernwirkung beschäftigte, war Issac Newton. Er veröffentlichte 1686 das Gravitationsgesetz,

dass die Anziehungskraft zweier Massenpunkte mit Abstand r untereinander beschreibt.

Von seiner philosophischen Sichtweise aus war Newton jedoch eher skeptisch, was das Prinzip der Fernwirkung anging. Er schrieb hierzu 1692 in einem Brief an Richard Bentley:

“ It is unconceivable that inanimate brute matter should (without the mediation of something else which is not material) operate upon and affect other matter without mutual contact; as it must if gravitation in the sense of Epicurus be essential and inherent in it. And this is one reason why I desired you would not ascribe innate gravity to me. That gravity should be innate inherent and essential to matter so that one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of any thing else by and through which their action or force may be conveyed from one to another is to me so great an absurdity that I believe no man who has in philosophical matters any competent faculty of thinking can ever fall into it. Gravity must be caused by an agent acting constantly according to certain laws, but whether this agent be material or immaterial is a question I have left to the consideration of my readers.” 8

Somit ersetzte er die Äthertheorie von Descartes und schaffte es trotz seiner Zweifel an der Existenz von Fernwirkungskräften dass das Prinzip der Fernwirkung nicht nur anerkannt wurde, sondern sich auch in vielen Bereichen der Naturwissenschaften für lange Zeit etablierte.

Auch das Coulombsche Gesetz setzt die Existenz eines Fernwirkungsprinzips voraus.

Der Vergleich von

mit

8 aus [12]

zeigt:

Beide Gesetze beschreiben eine Kraft zwischen zwei miteinander wechselwirkenden Teilchen, die proportional zu reziproken quadratischen Abstand zwischen beiden und jeweils proportional zur ihrer Masse bzw. Ladung. Der Unterschied liegt zum einen darin, dass die Gravitationskraft immer anziehend wirkt, während die Coulombkraft auch abstoßend wirken kann, zum anderen gilt dass Coulombsche Gesetz auch im mikroskopischen Bereich, wo die Newtonsche Mechanik durch die Quantenmechanik ersetzt wird.

Das Coulombsche Gesetz hat bis heute jeder experimentellen Prüfung standgehalten, Niemals konnte man auch nur eine noch so kleine Abweichung seiner exakten Form nachweisen.9

Selbst wenn Coulomb mit seiner Annahmen bis heute Recht behalten hat, bedeutet dass noch lange nicht, dass seine Ergebnisse sofort anerkannt wurden. Auf den Prozess der Akzeptanz (Rezeptionsprozess) wird deshalb im Folgenden etwas genauer eingegangen.

Was ist „Rezeption“?

Im naturwissenschaftlichen Bereich besteht ein Rezeptionssystem aus verschiedenen Kriterien, anhand derer Wissenschaftler neue Forschungsergebnisse, Veröffentlichungen, Überzeugungen etc. anderer Wissenschaftler beurteilen und schließlich bei Erfüllung dieser Kriterien als richtig und wirksam anerkennen, bzw. anderenfalls ablehnen. Je nachdem wie diese Kriterien beschaffen sind, unterscheidet man verschiedene Rezeptionssysteme wie z.B. das rationalistische, planlose oder das Machtmodell.

Solche Rezeptionsprozesse sind sehr wichtig für jede Sozialordnung, da sie bestimmen wie `Neues` in die bestehende Ordnung passt und somit diese beibehalten wird, bzw. sich verändert oder weiterentwickelt.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die lange Ablehnung des heliozentrischen Weltbildes in Europa, da die daraus entstehende Folgerung, die Erde sei nicht der Mittelpunkt unseres Planetensytems, nicht zu der damaligen

9 aus [11]

Weltsicht passte. Erst später wurde dieses Weltbild anerkannt und veränderte nachhaltig die Sicht der Menschen in vielen Dingen.

Rezeption der Coulombschen Arbeit in Frankreich:

Im französischen Raum wurde die Coulombsche Arbeit sofort nach ihrer Veröffentlichung komplett anerkannt, da sie mit der Fernwirkungstheorie Newtons übereinstimmte und somit mit der in Frankreich allgemein akzeptierten Newtonschen Physik harmonierte.

Auch wurde das physikalische Denken der Franzosen seit Beginn des 19. Jahrhunderts sehr stark vom Denken Laplace, der am Ende des 18. Jahrhunderts gerade am Beginn eines umfassenden Forschungsprogrammes stand, dominiert. Da die Ergebnisse Coulombs sehr gut mit diesem übereinstimmten, konnte bei einer geeigneten Darstellung die Coulombsche Forschungsarbeit als Motor für die Durchsetzung dieses Forschungsprogrammes genutzt werden. Dieses Forschungsprogramm sicherte der französischen Physik in Europa im 19. Jahrhundert eine herausragende Stellung.

Rezeption der Coulombschen Arbeit in England:

Neben Coulomb wird auch vier englischen Wissenschaftlern die Entdeckung des Kraft-Abstands-Gesetzes im 18. Jahrhundert zugeschrieben: Priestley, Cavendish, Robison, Stanhope. Deshalb ist es verwunderlich, dass in England zunächst gar keine Reaktion auf das Coulombsche Gesetz stattfand.

Die Rezeption begann erst 1803 mit dem Artikel `Electricity` von Robison in der Encyclopaedia Brittannica, in dem jedoch auch nur am Rande auf Coulombs Forschungen eingegangen wird. In der unmittelbaren Folgezeit wird in England die Kraft-Abstand-Beziehung von Coulomb allgemein akzepiert. Einige Jahre später meldeten sich jedoch auch kritische Stimmen gegen das Coulombsche Gesetz. Einer der ersten Kritiker war William Harris, der sich seit 1820 mit der Elektrostatik beschäftigte. Auch andere Wissenschaftler wie Faraday oder Thomson sprachen sich in der Folgezeit kritisch gegenüber der Coulombschen

Theorie aus, da sie in experimentellen Versuchen keine

- Abhängigkeit der elektrostatischen Kraft vom Abstand erkennen konnten.

Der Grund hierfür liegt vor allem bei den verschiedenen Experimentierstilen der Engländer und Franzosen.

Während die französischen Elektrizitätsforschung seit dem Coulombschen Zeitalter von quantitativen Aussagen, mathemathischen Berechnungen und abstrakten Untersuchungengeprägt war, bezogen die Engländer ihre meist nur qualitativen Erkenntnisse vor allem aus Einzelexperimenten, die im Gegensatz zu Frankreich ohne Verwendung von mathematischen Methoden ausgewertet wurden.

Somit waren Coulombs Ergebnisse in ihrer Form bedeutungslos für die Engländer, da sie aufgrund ihrer anderen Herangehensweise für sie unvertändlich und nicht nachvollziehbar waren.

Rezeption der Coulombschen Arbeit in den deutschen Ländern:

Auch im deutschen Raum spielt der dort vorherrschende Experimentierstil eine große Rolle bei der Akzeptanz des Coulombschen Gesetzes.

Dabei kann man die Rezeption des Coulombschen Gesetzes in Deutschland in zwei Phasen einteilen:

- 1785 - 1807: Einführung und Akzeptanz

- 1807 – 1825: Die Kontroverse

1.Phase:

In den ersten zehn Jahren nach der Veröffentlichung wurde das Coulombsche Gesetz in Deutschland kaum zur Kenntnis genommen. Erst am Ende des 18. Jahrhunderts kam es zu einer allgemeinen Akzeptanz, die man gut anhand der damals erschienen Lehrbüchern nachvollziehen kann, in denen das Coulombsche Gesetz als etwas richtiges und gültiges bezeichnet wird.

2.Phase:

1807 jedoch kündigte der Berliner Paul Lois Simon in den `Annalen der Physik` ein anderes Kraft-Abstands-Gesetz an. Er habe mit einer eigenen Aperatur Versuchsergebnisse erzielt, die stark von Coulombs Resultaten abwichen und eine - Abhängigkeit vermuten ließen.

1808 stützte Oersted in einem Brief an Ritter Simons Thesen. Dies führte dazu, dass in der Folgezeit das Simonsche Gesetz eine gewisse Akzeptanz genoss. In den folgenden Jahrzenten konnte die Kontroverse um die richtige Kraft-Abstands-Beziehung nicht beigelegt werden. Die Diskussion wurde erst 1825 durch die Veröffentlichung von Peter Egens Arbeit beendet, in der er es schaffte zu beweisen, dass Simons Messwerte unter Berücksichtigung dass dieser einen falschen Bezugspunkt (die Kugeloberfläache, nicht die Kugelmitte) gewählt hatte, mit dem Coulombschen Gesetz im Einklang stand. Somit stand einer

allgemeinen Akzeptanz der -Abhängigkeit nichts mehr im Wege.

Ausblick und möglicher Diskussionsansatz:

Das Coulombsche Gesetz gilt bis heute. Auch die genauesten Messmethoden konnten es bislang nicht widerlegen.

Wie kann es sein, dass eine nur auf 3 Messwertpaare pro Messreihe gestützte Gesetzmäßigkeit von der Wissenschaft akzeptiert wird?

Wäre das heute noch möglich?

Literaturverzeichnis:

[1] Heering, Peter: Das Grundgesetz der Elektrostatik. – Fachbereich Physik, Carl von Ossitezky Universität Oldenburg, 1995

[2] Dictionary of Scientific Biography, New York 1970-1990

[3] Gillmor: Charles Augustin Coulomb : Physics and Engineering in Eighteenth Century France. - Princeton, N.J., 1971

[4] Hamilton: Charles Auguste de Coulomb. - Trans. Newcomen Soc. London, 1938

[5] Kragelskii and Schedrov, in: Development of the science of friction - dry friction

[6] Meschede: Gerthsen Physik (21. Auflage), Springer Verlag

[7] König, Walter: Vier Abhandlungen über die Elektrizität und den Magnetismus von Coulomb. - Akademische Verlagsgesellschaft, 1921

[8] de Grazia, Alfred: The Velikovsky Affair, 1966

[9] Walcher, Wilhelm: Messen und Fortschritt in der Physik, in: Physik und Didaktik, 1990

[10] Mai, Manfred: Europäische Geschichte. – München, 2007

[11] Halliday, Resnick and Walker: Physik. – Weinheim 2001

[12] Voltaire: Elemente der Philosophie Newtons. Veröffentlicht von Walter de Gruyter, 1997