Чаплыгин, Сергей Алексеевич

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Сергей Алексеевич Чаплыгин
Sergej Alexejewitsch Tschaplygin.jpg
Дата рождения:

24 марта (5 апреля) 1869({{padleft:1869|4|0}}-{{padleft:4|2|0}}-{{padleft:5|2|0}})

Место рождения:

Раненбург, Рязанская губерния, Российская империя

Дата смерти:

8 октября 1942({{padleft:1942|4|0}}-{{padleft:10|2|0}}-{{padleft:8|2|0}}) (73 года)

Место смерти:

Новосибирск, РСФСР, СССР

Страна:

Российская империяFlag of Russia.svg Российская империя, Флаг СССР

Научная сфера:

механика, математика

Учёное звание:

академик АН СССР

Альма-матер:

Физико-математический факультет МГУ

Научный руководитель:

Н. Е. Жуковский

Награды и премии


Герой Социалистического Труда  — 1.2.1941
Орден Ленина  — 1.2.1941 Орден Ленина  — 22.12.1933 Орден Трудового Красного Знамени  — 10.7.1927 Орден Трудового Красного Знамени
Заслуженный деятель науки РСФСР

Серге́й Алексе́евич Чаплы́гин (24 марта [5 апреля1869, Раненбург, Рязанская губерния — 8 октября 1942, Новосибирск) — русский и советский механик и математик, один из основоположников современной аэромеханики, академик АН СССР (1929), Герой Социалистического Труда (1941), заслуженный деятель науки РСФСР (1929)[1].

Биография[править | править вики-текст]

С. А. Чаплыгин родился 24 марта (5 апреля1869 года в Раненбурге (ныне — г. Чаплыгин Липецкой области). Когда мальчику было 2 года, его отец, приказчик Алексей Тимофеевич, умер в возрасте 24 лет от холеры; мать, Анна Петровна, вышла второй раз замуж за воронежского мещанина Давыдова и увезла сына в Воронеж[2][3].

Образование[править | править вики-текст]

В 1877 году, в восемь лет, Сергей Чаплыгин начал учиться в гимназии[3]. Преподавателям скоро стало ясно, что мальчик обладает незаурядными способностями и редкой памятью. Ему одинаково легко давались древние и новые языки, история и другие предметы, но особенный интерес проявлял он к математике. В четырнадцать лет он сам стал учить детей, занимаясь репетиторством с детьми помещиков[4].

Весной 1886 года Чаплыгин блестяще, с золотой медалью, окончил Воронежскую мужскую гимназию и подал заявление в Московский университет. В 1890 году он окончил физико-математический факультет Московского университета и по представлению Н. Е. Жуковского был на два года оставлен при университете для подготовки к профессорской деятельности со стипендией в 50 рублей (что весьма обрадовало его семью, для которой такая сумма казалась недосягаемым идеалом)[3].

Педагогическая деятельность[править | править вики-текст]

С 1893 года С. А. Чаплыгин преподавал физику в Московском Екатерининском институте, механику в Императорском Московском техническом училище (1896—1910 гг.), высшую математику и теоретическую механику — в Московском межевом институте (1895—1901 гг.), прикладную математику — в Московском университете (сначала — приват-доцент, с 1898 г. — доцент, с 1904 г. — экстраординарный, а с 1909 г. — ординарный профессор по кафедре теоретической и практической механики)[2][5][6]. В 1901—1908 гг. он преподавал также в Московском инженерном училище (ныне — Московский государственный университет путей сообщения)[7]. В связи с событиями 1911 года покинул университет с большой группой преподавателей.

С. А. Чаплыгин — директор Московских высших женских курсов (МВЖК) (1905—1918 гг.) и ректор 2-го Московского государственного университета, в который МВЖК были преобразованы (1918—1919 гг.). В 1906 году он получил разрешение Думы на строительство зданий для курсов на Царицынской площади (Девичье поле). 3 июня 1907 года состоялась закладка зданий на Малой Царицынской (ныне Малая Пироговская) улице. Под строительство необходимой суммы не было выделено и оно велось под залог выделенного участка[7][8].

Чаплыгиным написаны университетский курс аналитической механики «Механика системы» (чч. 1—2, 1905—1907 гг.) и сокращенный «Пропедевтический механики» для втузов и естественных факультетов университетов (1915 г.). С 1914 года он — действительный статский советник.

После Октябрьской революции 1917 года Чаплыгин активно продолжает вести педагогическую работу и научные исследования. С 1918 года он участвует в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и в работе Научно-экспериментального института путей сообщения, а в конце 1918 года привлекается Жуковским к организации ЦАГИ, где и работает с этого времени[7]. В 1918—1925 гг. Чаплыгин — профессор Московского лесотехнического института. В 1921—1930 гг. он — председатель коллегии, в 1928—1931 годах — директор-начальник ЦАГИ. В научно-теоретическом семинаре ЦАГИ под руководством С. А. Чаплыгина вырос цвет отечественной механической науки (М. А. Лаврентьев, М. В. Келдыш, Н. Е. Кочин, Л. И. Седов, Г. И. Петров, Л. С. Лейбензон, С. А. Христианович и др.). В последующие годы Чаплыгин руководил созданием крупнейших аэродинамических лабораторий ЦАГИ (1931—1941 гг.).

Уход из жизни[править | править вики-текст]

Умер С. А. Чаплыгин от кровоизлияния в мозг 8 октября 1942 года, находясь в эвакуации в Новосибирске, куда была эвакуирована и часть лабораторий ЦАГИ. Эти лаборатории образовали филиал ЦАГИ № 2, из которого впоследствии вырос Сибирский научно-исследовательский институт авиации (СибНИИА).

Похоронен в Новосибирске на территории СибНИИА[9].

Портрет С. А. Чаплыгина работы Н. А. Андреева (1929)

Научная деятельность[править | править вики-текст]

Основные работы С. А. Чаплыгина относятся к гидроаэродинамике, неголономной механике, теории дифференциальных уравнений, теории авиации[10]. За свой вклад в науку Чаплыгин 6 декабря 1924 года был избран членом-корреспондентом АН СССР, а 12 января 1929 года — академиком АН СССР[11].

Гидромеханика[править | править вики-текст]

Первые труды Чаплыгина, созданные под влиянием Н. Е. Жуковского, относятся к области гидромеханики. В работе «О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости» (1894) и в магистерской диссертации с тем же названием (1897) он дал геометрическую интерпретацию законов движения тел в жидкой среде.

Теоретическая механика[править | править вики-текст]

В области теоретической механики Чаплыгин внёс весомый вклад в разработку динамики неголономных систем (характеризующихся наличием линейных дифференциальных неинтегрируемых связей). Исследованию таких систем посвящены работы Чаплыгина «О движении тяжёлого тела вращения на горизонтальной плоскости» (1897 г.), «О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров» (1897 г.), а также прочитанный в 1901 г. на заседании Московского математического общества совместно с Е. А. Болотовым доклад «Новый взгляд на начало Гамильтона» — работа, в которой принцип Гамильтона был обобщён на случай неголономных систем[6].

С. А. Чаплыгин выделил достаточно широкий подкласс неголономных систем с линейными кинематическими связями (вообще говоря, неинтегрируемыми), в дальнейшем получивших название системы Чебышёва[12]. Речь идёт о системах, в которых удаётся выбрать n обобщённых координат так, что вариации первых m из них можно принять за независимые, а от остальных nm координат не зависят ни кинетическая энергия системы, ни отвечающие координатам первой группы обобщённые силы, ни коэффициенты при обобщённых скоростях в уравнениях кинематических связей.

Для указанных систем Чаплыгин вывел общие уравнения их движения (переходящие в случае интегрируемости уравнений кинематических связей в обычные уравнения Лагранжа второго рода)[5]. Эти уравнения (известные сейчас как уравнения Чаплыгина) он доложил 25 октября 1895 г. Обществу любителей естествознания, а в 1897 г. опубликовал (в статье «О движении тяжёлого тела вращения на горизонтальной плоскости», изданной в трудах данного общества)[13].

В данной работе Чаплыгин впервые установил интегрируемость задачи о движении тяжёлого динамически симметричного круглого диска по абсолютно шероховатой горизонтальной плоскости и свёл её к анализу гипергеометрических квадратур. Он показал также интегрируемость задачи о качении произвольного динамически симметричного тяжёлого тела вращения по горизонтальной плоскости (в этом случае решение задачи сводится к интегрированию линейного дифференциального уравнения 2-го порядка)[14].

За исследования, посвящённые движению твёрдого тела в жидкости и движению механических систем с неголономными связями, Чаплыгин получил в 1899 году от Петербургской АН почётную золотую медаль.

Исследование явление качения твёрдых тел Чаплыгин продолжал и позднее. В 1903 г. он провёл полное исследование задачи о качении динамически несимметричного шара по шероховатой плоскости в предположении, что центр масс шара совпадает с его геометрическим центром (шар Чаплыгина). Ему удалось найти интегрирующий множитель и получить решение уравнений движения такого шара в квадратурах[15].

Аэромеханика и газовая динамика[править | править вики-текст]

В конце XIX — начале XX века Чаплыгин начинает заниматься струйными течениями. В 1902 году он представляет в Московский университет докторскую диссертацию «О газовых струях» и защищает её в 1903 году. В ней Чаплыгину удалось свести (путём перехода к так называемой плоскости годографа) общую задачу о двухмерном стационарном плоском изэнтропическом движении сжимаемого газа к решению одного линейного уравнения в частных производных[16].

Данная работа, в которой был предложен метод исследований струйных движений газа при любых дозвуковых скоростях[10], положила начало новой отрасли механики — газовой динамике; последняя сыграла в дальнейшем огромную роль в развитии авиации (впрочем, в начале XX века для авиации ещё не было актуально исследование газовых течений со скоростями, приближающимися к скорости звука). Лишь через 30 лет работа Чаплыгина послужила основой для решения задач о звуковых течениях, а развитие созданных в ней методов привело к решению основных вопросов, связанных с работой крыла при больших дозвуковых скоростях.

Важнейший вклад был сделан С. А. Чаплыгиным в решение задачи о силах, действующих со стороны потока воздуха на обтекаемое им крыло самолёта. Первым серьёзного продвижения в данном направлении добился Н. Е. Жуковский, доказавший в 1906 г. теорему (теорема Жуковского), по которой подъёмная сила Y крыла выражается формулой Y = \varrho\,\Gamma{V_\infty}, где \varrho — плотность жидкости, V_\infty — скорость невозмущённого потока на бесконечном удалении от крыла, \Gamma — циркуляция скорости по охватывающему крыло контуру. Но общего способа вычисления циркуляции \Gamma Жуковский не дал, и его теорема практически не использовалась[17].

В 1910 г. С. А. Чаплыгин сделал в Московском математическом обществе доклад «О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела (к теории аэроплана)», который в том же году был опубликован в виде отдельной брошюры, а в следующем году — в виде статьи в журнале «Математический сборник». В нём Чаплыгин, используя методы теории функций комплексного переменного, дал новый аналитический вывод формулы Жуковского (формула Чаплыгина) и указал, что величина циркуляции \Gamma однозначно определяется из требования конечности скорости у задней кромки профиля крыла (постулат Жуковского — Чаплыгина)[18].

Название постулата объясняется тем, что независимо от С. А. Чаплыгина и почти одновременно с ним к гипотезе о конечности скорости у задней кромки профиля крыла пришёл и Н. Е. Жуковский (в работе «О контурах поддерживающих поверхностей аэропланов»); при этом учёные руководствовались разными соображениями. Если Жуковский исходил из наблюдений за реальными течениями жидкости около профиля крыла при малых углах атаки, то Чаплыгин исходил из вида характеристической функции обтекания профиля и требования однозначности аналитического решения. Опираясь на данную гипотезу, можно однозначно вычислить циркуляцию скорости вокруг профиля, зная его форму[19]. Таким образом, постулат Жуковского — Чаплыгина служит естественным дополнением к теоремой Жуковского и вместе с ней даёт полное решение задачи о силах воздействия потока на обтекаемое тело[10].

В докладе «Вихревая теория подъёмной силы крыла» (прочитан 22 октября 1913 г. на заседании Московского математического общества) С. А. Чаплыгин впервые рассмотрел теорию крыла конечного размаха и показал, что в этом случае при нахождении подъёмной силы нужно учитывать дополнительный поток, который создаёт около крыла два концевых вихря, сбегающих с концов крыла, доведя всё исследование до явной формулы[20].

В 1914 году появилась фундаментальная работа Чаплыгина «Теория решётчатого крыла», в которой заложены основы теории обтекания решёток циркуляционным потоком, явившейся базой для расчёта винтов, турбин и других лопаточных машин. В последующих трудах Чаплыгин решил ряд сложных задач, связанных с определением точки приложения подъёмной силы, определением сил, действующих в неустановившемся полёте, теорией так называемого механизированного крыла, вопросами устойчивости крыла в полёте и т. д.

С. А. Чаплыгин вывел формулы для подъёмной силы и индуктивного сопротивления, которые не подтвердились в опытах Н. Е. Жуковского, но оказались верными; несколько лет спустя они стали основой «индуктивной теории Прандтля»[2].

В 1922 г. Чаплыгин в своём сочинении «К общей теории крыла моноплана» впервые исследовал метацентрическую кривую крыла; при этом он показал, что для моноплана она всегда является параболой, выяснил механический смысл фокуса и параметра данной параболы и установил, как связана её форма с устойчивостью крыла[21].

Теория смазки[править | править вики-текст]

Значительным был вклад С. А. Чаплыгина и в развитие гидродинамической теории смазки. В 1906 году он в сотрудничестве с Жуковским опубликовал работу «О трении смазочного слоя между шипом и подшипником». В ней было дано точное решение задачи о движении смазочного слоя. Работа имела огромное практическое значение; она вызвала ряд развивающих тему теоретических и экспериментальных исследований[22].

Дифференциальные уравнения[править | править вики-текст]

Большой вклад внёс Чаплыгин в математику. Он предложил (1919 г.) метод приближённого интегрирования дифференциальных уравнений и доказал при этом теорему о неравенствах, носящую его имя (теорема Чаплыгина)[10]; позднее он продолжал заниматься данной тематикой. Исследования Чаплыгина по приближённому интегрированию дифференциальных уравнений принадлежат к крупным достижениям математической мысли; его идеи оказались применимыми не только для решения широких классов дифференциальных уравнений, но и при приближённом решении весьма общих классов функциональных уравнений. Помимо этого, С. А. Чаплыгин и Д. Ф. Егоров разрабатывали геометрическую теорию уравнений в частных производных.

Память[править | править вики-текст]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Бюст Чаплыгина
С. А. Чаплыгин на марке Почты СССР
Могила С. А. Чаплыгина

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Известно, что специалисты спокойно воспринимают термин «полуэмпирическая» теория турбулентности, но когда кто-то попробовал употребить при С. А. Чаплыгине термин «полутеоретическая», то получил гневную отповедь из уст Сергея Алексеевича (по воспоминаниям Л. Г. Лойцянского)[23]
  • Дочь С. А. Чаплыгина Ольга Сергеевна была балериной. Она оставила Высшие женские курсы, директором которых с 1905 года был Чаплыгин, на четвёртом курсе, уступая страстному влечению к театру. Во время учёбы она часто слышала: «Это его дочь!». Впрочем, она пообещала отцу вернуться на курсы, когда испытает себя на настоящей сцене. Ольга Сергеевна была принята в филиал Большого театра. Во время гастролей театра в Одессе С. А. Чаплыгин присутствовал на спектакле с участием дочери. По окончании спектакля он услышал, как про него говорили: «Это её отец!»[8].

Награды и премии[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Публикации[править | править вики-текст]

  • Чаплыгин С. А.  О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости // Тр. отд. физич. наук Об-ва любителей естествознания. — 1894. — Т. 6. — Вып. 2. — С. 20—42.
  • Чаплыгин С. А.  О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости // Матем. сб.. — 1897. — Т. 20. — Вып. 1. — С. 115—170. — Вып. 2. — С. 173—243.
  • Чаплыгин С. А.  О движении тяжёлого тела вращения на горизонтальной плоскости // Тр. отд. физич. наук Об-ва любителей естествознания. — 1897. — Т. 9. — Вып. 1. — С. 10—16.
  • Чаплыгин С. А.  О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров // Матем. сб.. — 1897. — Т. 20. — Вып. 1. — С. 1—32.
  • Чаплыгин С. А.  О газовых струях. — М., 1902. — 121 с.
  • Чаплыгин С. А.  О катании шара по горизонтальной плоскости // Матем. сб.. — 1903. — Т. 24. — Вып. 1. — С. 139—168.
  • Чаплыгин С. А.  Механика системы. Ч. 1. Аналитическая статика. — М.: Изд-во взаимопомощи студ. естеств. при Моск. ун-те, 1905. — 84 с.
  • Жуковский Н. Е., Чаплыгин С. А.  О трении смазочного слоя между шипом и подшипником // Тр. отд. физич. наук Об-ва любителей естествознания. — 1906. — Т. 13. — Вып. 1. — С. 24—33.
  • Чаплыгин С. А.  Механика системы. Ч. 2. Динамика системы. — М.: Изд-во груп. слушат., 1907. — 180 с.
  • Чаплыгин С. А.  О давлении плоскопараллельного потока на преграждающие тела (к теории аэроплана). — М.: Моск. ун-т, 1910. — 49 с.
  • Чаплыгин С. А.  Теория решётчатого крыла // Матем. сб.. — 1914. — Т. 29. — Вып. 2. — С. 220—233.
  • Чаплыгин С. А.  К общей теории крыла моноплана. — М.: Высш. воен. редакц. совет, 1922. — 53 с.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Боголюбов, 1983, с. 515—516
  2. 1 2 3 Колягин, Саввина, 2010
  3. 1 2 3 Веселовский, 1974, с. 251
  4. В. В. Голубев пишет: «Уже в средних классах гимназии он [Чаплыгин] зарабатывает уроками, а летом поездками в окрестные имения „на кондиции“, где готовит к экзаменам детей помещиков. Эти заработки давали довольно существенное дополнение к тощему бюджету семьи» (Голубев В. В.  Сергей Алексеевич Чаплыгин. — М., 1947. — С. 14. Переиздание: Голубев В. В.  Чаплыгин. — М., 2002. — С. 11. — ISBN 5-93972-152-4.).
  5. 1 2 Всё о московском универститете. Академики МГУ
  6. 1 2 Веселовский, 1974, с. 252
  7. 1 2 3 Боголюбов, 1983, с. 515
  8. 1 2 Гумилевский, 1969
  9. Могила С. А. Чаплыгина на территории института СибНИИА
  10. 1 2 3 4 Боголюбов, 1983, с. 516
  11. Чаплыгин Сергей Алексеевич. Профиль на сайте РАН
  12. Неймарк, Фуфаев, 1967, с. 103—104
  13. Неймарк, Фуфаев, 1967, с. 109—110
  14. Борисов, Мамаев, Килин, 2002, с. 99
  15. Килин, 2002, с. 76
  16. Ландау, Лифшиц, 1986, с. 607
  17. История механики в России, 1987, с. 356
  18. История механики в России, 1987, с. 356—357
  19. История механики в России, 1987, с. 264
  20. История механики в России, 1987, с. 358
  21. Григорьян, Фрадлин, 1977, с. 122
  22. Сергей Алексеевич Чаплыгин
  23. «Лойцянский Л. Г. Из моих воспоминаний. Записки профессора-политехника» (1998) ISBN 5-88925-044-2

Литература[править | править вики-текст]

  • Академик С. А. Чаплыгин / Ред.-сост. Г. С. Бюшгенс. — М.: Наука, 2010. — 286 с. — ISBN 978-5-02-036972-6.
  • Боголюбов А. Н.  Математики. Механики. Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1983. — 639 с.
  • Борисов А. В., Мамаев И. С., Килин А. А.  Динамика катящегося диска // Неголономные динамические системы. Интегрируемость, хаос, странные аттракторы / Под ред. А. В. Борисова, И. С. Мамаева. — Москва; Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2002. — 328 с. — ISBN 5-93972-167-2. — С. 99—117.
  • Веселовский И. Н.  Очерки по истории теоретической механики. — М.: Высшая школа, 1974. — 287 с.
  • Григорьян А. Т., Фрадлин Б. Н.  Механика в СССР. — М.: Наука, 1977. — 192 с.
  • Гумилевский Л. И.  Чаплыгин. — М.: Молодая гвардия, 1969. — 272 с.
  • История механики в России / Под ред. А. Н. Боголюбова, И. З. Штокало. — Киев: Наукова думка, 1987. — 392 с.
  • Килин А. А.  Динамика шара Чаплыгина в абсолютном пространстве // Неголономные динамические системы. Интегрируемость, хаос, странные аттракторы / Под ред. А. В. Борисова, И. С. Мамаева. — Москва; Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2002. — 328 с. — ISBN 5-93972-167-2. — С. 76—98.
  • Колягин Ю. М., Саввина О. А.  Дмитрий Федорович Егоров. Путь учёного и христианина. — М.: ПСТГУ, 2010. — 302 с. — ISBN 978-5-7429-0611-7.
  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.  Гидродинамика. — 3-е изд. — М.: Наука, 1986. — 736 с. — (Теоретическая физика. Т. VI).
  • Неймарк Ю. И., Фуфаев Н. А.  Динамика неголономных систем. — М.: Наука, 1967. — 520 с.

Ссылки[править | править вики-текст]