Перейти к содержанию

Стокс, Джордж Габриель

Материал из Мегавики — свободной энциклопедии
Данная страница не проверялась участниками с соответствующими правами.
В Мегавики есть статьи о других людях с фамилией Стокс.
Джордж Габриель Стокс
англ. George Gabriel Stokes
Сэр Джордж Габриэль Стокс, 1-й БаронетСэр Джордж Габриэль Стокс, 1-й Баронет
Дата рождения 13 августа 1819(1819-08-13)
Место рождения Скрин, графство Слайго, Ирландия
Дата смерти 1 февраля 1903(1903-02-01) (83 года)
Место смерти Кембридж, Англия
Страна  Великобритания
Научная сфера математика, механика, физика
Место работы Кембриджский университет
Альма-матер Кембриджский университет
Научный руководитель Вильям Хопкинс
Ученики Гораций Лэмб
Известен как Теорема Стокса
Закон Стокса
Линия Стокса
Стоксовы отношения
Стоксов сдвиг
Уравнения Навье — Стокса
Награды и премии Медаль Румфорда (1852 г.)
Медаль Копли (1893 г.)
Медаль Гельмгольца (1900)

Сэр Джордж Габрие́ль Стокс (англ. Sir George Gabriel Stokes; 13 августа 1819 — 1 февраля 1903) — английский математик, механик и физик-теоретик ирландского происхождения. Работал в Кембриджском университете, внёс значительный вклад в гидро- и газодинамику (уравнения Навье — Стокса), оптику и математическую физику.

Член Лондонского королевского общества (1851), его секретарь в 1854—1885 годах и президент в 1885—1890 годах[1][2].

Биография[править]

Родился 13 августа 1819 года в деревне Скрин (Ирландия). Был младшим сыном из шести детей протестантского священника-евангелиста Габриэля Стокса. Воспитание в семье было религиозным, трое из его старших братьев позднее стали священниками. Сам он, посвятив себя науке, сохранил на всю жизнь религиозные взгляды на мир[3]. После переезда в Англию в 1835 году учился в Бристоле в колледже. В 1841 году окончил Кембриджский университет, с 1849 года — профессор математики этого университета[1]. В 1857 году Стокс женился. Умер в Кембридже 1 февраля 1903 года. Похоронен на кладбище Милл Роуд. Могила не сохранилась[4].

Научная деятельность[править]

Работы Стокса относятся к теоретической механике, гидродинамике, теории упругости, теории колебаний, оптике, математическому анализу и математической физике[1].

Одновременно с Филиппом Людвигом Зейделем ввёл (1848) понятие равномерной сходимости последовательности и ряда[5].

Обратившись к гидродинамике вязкой жидкости, Стокс в 1845 г. в работе «О теории внутреннего трения в движущихся жидкостях и о равновесии и движении упругих твёрдых тел» (опубликована в 1849 г.) вывел дифференциальные уравнения, описывающие течения вязких (и, в общем случае, сжимаемых) жидкостей, ныне называемые уравнениями Навье — Стокса. Выводит он их в пятый раз[6]; раньше они были получены Анри Навье (1821 г. — для случая несжимаемой жидкости), Огюстеном Коши (1828 г.), Симеоном Пуассоном (1829 г.) и Адемаром Сен-Венаном (1843 г.). Однако традиция связывать данные уравнения прежде всего с именами Навье и Стокса исторически вполне объяснима[7], поскольку именно Стоксу принадлежит вариант вывода этих уравнений, последовательно исходящий из континуальной концепции. Историк науки Иосиф Погребысский отмечал: «Внимание к физической стороне дела, учёт экспериментальных результатов, ясная кинематическая картина движения и исчерпывающая формулировка исходного динамического „принципа“ — всё это в сочетании с несколькими удачными применениями теории сделало работу Стокса основным отправным пунктом для дальнейших работ по теории вязкой жидкости»[6].

Как ранее поступал Коши, Стокс предпослал своим рассмотрениям тщательный кинематический анализ, в котором он открыл природу завихрённости (англ. vorticity) как локальной угловой скорости[8].

Представления молекулярной механики у Стокса играют чисто вспомогательную роль. Пренебрегая иррегулярной составляющей скорости жидкости (зависящей от расстояний между молекулами и взаимодействий между последними), Стокс оперировал средней (регулярной) скоростью жидкости в окрестности жидкой частицы. Исходной его гипотезой при выводе уравнений движения вязкой жидкости была линейная зависимость шести компонент напряжения от шести компонент скоростей деформации жидкой частицы[9].

Рассматривая жидкость как сплошную среду, Стокс обратился к понятию внутреннего трения, и его трактовка данного явления стала обобщением трактовки Ньютона. Опираясь на свои результаты, Стокс внёс поправки в выполненный ранее Ньютоном анализ задачи о вращении вязкой жидкости в цилиндре[8]. Как показал Стокс, ошибка, допущенная Ньютоном при решении данной задачи, заключалась в том, что последний вместо моментов сил трения, действующих на внешнюю и внутреннюю поверхности каждого из мысленно выделяемых в жидкости цилиндрических слоёв, рассматривал сами эти силы. В результате у Ньютона оказывалось, что время одного оборота жидкой частицы зависит от радиуса цилиндрического слоя линейно, а из результатов Стокса следует, что данное время пропорционально квадрату радиуса[10].

Стоксу удалось теоретически объяснить и формулу Гагена — Пуазейля для расхода вязкой несжимаемой жидкости при стационарном течении в цилиндрической трубе[11].

В 1848 г. Стокс получил дифференциальные уравнения, описывающие закон изменения вихря с течением времени[12]. В 1851 г. он вывел формулу для силы сопротивления F , действующей на твёрдый шар при его медленном равномерном движении в неограниченной вязкой жидкости[13]. Эта формула — формула Стокса — имеет вид:

F=6πRηu ,

где R и u — радиус и скорость шара, η — динамический коэффициент вязкости жидкости[14].

Стокс занимался также изучением поглощения звука в жидкости; однако анализ Стокса был неполным, поскольку он в качестве единственного диссипативного механизма рассматривал вязкость, но не рассматривал теплопроводность (чего и нельзя было сделать до открытия взаимосвязи между теплотой и работой)[8].

Что касается работ Стокса в области теории упругости, то в уже упоминавшейся работе «О теории внутреннего трения в движущихся жидкостях и о равновесии и движении упругих твёрдых тел» он показал, что свойство упругих тел совершать изохронные колебания обусловлено тем, что при малых деформациях напряжения, возникающие в теле, являются линейными функциями деформаций[15]. Стокс исследовал также динамический прогиб мостов[5].

В области оптики Стокс исследовал аберрацию света, кольца Ньютона, интерференцию и поляризацию света, спектры, люминесценцию. В 1852 г. установил, что длина волны фотолюминесценции больше длины волны возбуждающего света (правило Стокса)[13].

Имя Стокса носит также одна из важнейших формул векторного анализа — формула Стокса, связывающая ротор векторного поля с циркуляцией этого поля по замкнутому контуру, ограничивающему некоторый участок ориентированной поверхности. Данная формула была получена в 1849 году Уильямом Томсоном; а Стокс включил её в ежегодный конкурсный математический экзамен в Кембридже, который он проводил с 1849 по 1882 годы[16].

Работы Стокса были собраны и изданы в пяти томах «Mathematical and Physical Papers» (1880–1905), при этом первые три тома отредактировал он сам. Последние два тома вышли в свет уже после смерти ученого в 1905 году с некрологом, написанном Стреттом[4].

Признание[править]

С 1849 по 1903 годы Джордж Стокс переизбирался Лукасовским профессором математики. За достижения в области исследования света в 1852 году от Королевского общества получил медаль Румфорда, а в 1893 — медаль Копли, от Французской академии наук вручена медаль Араго. В 1889 году получил дворянский титул баронета.

Был членом многих иностранных академий, в том числе Французской академии наук[13][17] и российской Императорской Военно-медицинской академии.

В честь него названа единица измерения вязкости в системе СГС, кратер на Луне и кратер на Марсе, минерал стокезит.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Боголюбов, 1983, с. 454.
  2. ↑ Stokes; Sir; George Gabriel (1819 - 1903) // Сайт Лондонского королевского общества (англ.)
  3. ↑ Щербаков, 2020, с. 60.
  4. ↑ 4,0 4,1 Щербаков, 2020, с. 70.
  5. ↑ 5,0 5,1 Боголюбов, 1983, с. 455.
  6. ↑ 6,0 6,1 Погребысский, 1966, с. 129.
  7. ↑ Погребысский, 1966, с. 143.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Truesdell, 1976, p. 122.
  9. ↑ Тюлина, 1979, с. 233—234.
  10. ↑ Тюлина, 1979, с. 224.
  11. ↑ Ландау, Лифшиц, 1986, с. 82.
  12. ↑ Погребысский, 1966, с. 288.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 Храмов, 1983, с. 255.
  14. ↑ Ландау, Лифшиц, 1986, с. 93.
  15. ↑ Погребысский, 1966, с. 117.
  16. ↑ Шилов, 1972, с. 385.
  17. ↑ Les membres du passé dont le nom commence par S Архивная копия от 6 августа 2020 на Wayback Machine (фр.)

Литература[править]

  • Боголюбов А. Н.  Математики. Механики. Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1983. — 639 с.
  • Кудрявцев П. С.  История физики. Т. 2. — М.: Учпедгиз, 1956. — 488 с.
  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.  Гидродинамика. 3-е изд. — М.: Наука, 1986. — 736 с. — (Теоретическая физика. Т. VI).
  • Погребысский И. Б.  От Лагранжа к Эйнштейну: Классическая механика XIX века. — М.: Наука, 1966. — 327 с.
  • Тюлина И. А.  История и методология механики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. — 282 с.
  • Храмов Ю. А. Стокс Джордж Габриэль (Stokes George Gabriel) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 254. — 400 с. — 200 000 экз.
  • Шилов Г. Е.  Математический анализ. Функции нескольких вещественных переменных, чч. 1—2. — М.: Наука, 1972. — 624 с.
  • Щербаков Р. Н. Джордж Габриель Стокс — классик математической физики ХIХ века. К 200-летию со дня рождения. // Природа. — 2020. — № 1 (1253). — С. 60—70. — ISSN 0032-874X. — doi:10.7868/S0032874X20010068.
  • Scott В. E.  Men and milestones in optics. G. G. Stokes // Appl. Optics, 1, 1. — 1962. — P. 69—73.
  • Truesdell C.  History of Classical Mechanics. Part II, the 19th and 20th Centuries // Die Naturwissenschaften, 63, 3. — 1976. — P. 119—130.
Научные и академические посты
Предшественник:
Томас Генри Хаксли 		Президент Королевского общества
1885—1895 		Преемник:
Уильям Томпсон
Предшественник:
Джошуа Кинг 		Лукасовский профессор в Кембриджском университете
1849—1903 		Преемник:
Джозеф Лармор
Источник — https://megawiki.ru/wiki/Стокс,_Джордж_Габриель