Стокс, Джордж Габриель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Джордж Габрие́ль Стокс
англ. George Gabriel Stokes
SS-stokes.jpg
Сэр Джордж Габриэль Стокс, 1-й Баронет
Дата рождения:

13 августа 1819({{padleft:1819|4|0}}-{{padleft:8|2|0}}-{{padleft:13|2|0}})

Место рождения:

Скрин, графство Слайго, Ирландия

Дата смерти:

1 февраля 1903({{padleft:1903|4|0}}-{{padleft:2|2|0}}-{{padleft:1|2|0}}) (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

Известные 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.)

Джордж Габрие́ль Стокс на Викискладе

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 (см. Уравнения Навье — Стокса), оптику и математическую физику. Член Лондонского королевского общества (1851), его секретарь в 1854—1885 гг. и президент в 1885—1890 гг.[1].


Биография[править | править вики-текст]

Родился 13 августа 1819 года в деревне Скрин (Ирландия). Был младшим сыном протестантского священника евангелиста Габриэля Стокса. В 1841 г. окончил Кембриджский университет, с 1849 года — профессор математики этого университета[1]. В 1857 году Стокс женился. Умер в Кембридже 1 февраля 1903 года.

Научная деятельность[править | править вики-текст]

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

Одновременно с Ф. Л. Зейделем ввёл (1848) понятие равномерной сходимости последовательности и ряда[2].

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[3]; раньше они были получены А. Навье (1821 г. — для случая несжимаемой жидкости), О. Коши (1828 г.), С. Пуассоном (1829 г.) и А. Сен-Венаном (1843 г.). Однако традиция связывать данные уравнения прежде всего с именами Навье и Стокса исторически вполне объяснима[4], поскольку именно Стоксу принадлежит вариант вывода этих уравнений, последовательно исходящий из континуальной концепции. Историк науки И. Б. 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»[3].

Как ранее поступал Коши, Стокс предпослал своим рассмотрениям тщательный кинематический анализ, в котором он открыл природу завихрённости (англ. vorticity) как локальной угловой скорости[5].

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[6].

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[5]. 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[7].

Стоксу удалось теоретически объяснить и формулу Гагена — Пуазейля для расхода вязкой несжимаемой жидкости при стационарном течении в цилиндрической трубе[8].

В 1848 г. Стокс получил дифференциальные уравнения, описывающие закон изменения вихря с течением времени[9]. В 1851 г. он вывел формулу для силы сопротивления  F ,  действующей на твёрдый шар при его медленном равномерном движении в неограниченной вязкой жидкости[10]. Эта формула — формула Стокса — имеет вид:

F\;=\;6{\pi}R{\eta}u  ,

где  R  и  u — радиус и скорость шара,  \eta — динамический коэффициент вязкости жидкости[11].

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)[5].

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[12]. Стокс исследовал также динамический прогиб мостов[2].

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)[10].

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 г. У. Томсоном; а Стокс включил её в ежегодный конкурсный математический экзамен в Кембридже, который он проводил с 1849 по 1882 годы[13].

Признание[править | править вики-текст]

С 1849 по 1903 годы Джордж Стокс переизбирался почётным Лукасовским профессором в Кембриджском университете. За достижения в области исследования света в 1852 году Стокс получил медаль Румфорда от Королевского Общества, а в 1893 медаль Копли. В 1889 году получил дворянский титул баронета.

Был членом многих иностранных академий, в том числе Парижской АН[10] и Военно-медицинской академии в Петербурге.

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

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Боголюбов, 1983, с. 454
  2. 1 2 Боголюбов, 1983, с. 455
  3. 1 2 Погребысский, 1966, с. 129
  4. Погребысский, 1966, с. 143
  5. 1 2 3 Truesdell, 1976, p. 122
  6. Тюлина, 1979, с. 233—234
  7. Тюлина, 1979, с. 224
  8. Ландау, Лифшиц, 1986, с. 82
  9. Погребысский, 1966, с. 288
  10. 1 2 3 Храмов, 1983, с. 255
  11. Ландау, Лифшиц, 1986, с. 93
  12. Погребысский, 1966, с. 117
  13. Шилов Г. Е.  Математический анализ. Функции нескольких вещественных переменных, чч. 1—2. — М.: Наука, 1972. — 624 с. — C. 385.

Литература[править | править вики-текст]

  • 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, 1964. — 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 дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 254. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  • 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.

Ссылки[править | править вики-текст]

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

Не удалось сериализовать данные.