Stokes, George Gabriel

Sir George Gabriel Stokes ( 13. srpna 1819  –  1. února 1903 ) byl anglický matematik , mechanik a teoretický fyzik irského původu. Působil na univerzitě v Cambridge , významně přispěl k dynamice hydro- a plynů ( rovnice Navier-Stokes ), optice a matematické fyzice .

Člen Královské společnosti v Londýně (1851), její tajemník v letech 1854-1885. a prezident v letech 1885-1890. [1] [2] .

Životopis

Narozen 13. srpna 1819 ve vesnici Skrin ( Irsko ). Byl nejmladším synem protestantského evangelisty Gabriela Stokese. V roce 1841 promoval na University of Cambridge , od roku 1849  byl na této univerzitě profesorem matematiky [1] . Stokes se oženil v roce 1857 . Zemřel v Cambridge 1. února 1903 .

Vědecká činnost

Stokesova práce je v teoretické mechanice , hydrodynamice , teorii pružnosti , teorii vibrací , optice , počtu a matematické fyzice [1] .

Současně s F.L.Seidelem zavedl ( 1848 ) koncept jednotné konvergence posloupností a řad [3] .

Pokud jde o hydrodynamiku viskózní tekutiny , Stokes v roce 1845 ve své práci „O teorii vnitřního tření v pohybujících se tekutinách a o rovnováze a pohybu elastických pevných látek“ (publikované v roce 1849) odvodil diferenciální rovnice popisující tok viskózních (a , v obecném případě stlačitelné) kapaliny, nyní nazývané Navier-Stokesovy rovnice . Vyvádí je popáté [4] ; dříve je získali A. Navier (1821 - pro případ nestlačitelné tekutiny), O. Cauchy (1828), S. Poisson (1829) a A. Saint-Venant (1843). Tradice spojování těchto rovnic primárně se jmény Navier a Stokes je však historicky zcela pochopitelná [5] , protože je to právě Stokes, kdo vlastní verzi odvození těchto rovnic, důsledně vycházející z konceptu kontinua. Historik vědy I. B. Pogrebyssky poznamenal: „Pozor na fyzickou stránku věci, s přihlédnutím k experimentálním výsledkům, jasný kinematický obraz pohybu a vyčerpávající formulace počátečního dynamického „principu“ - to vše v kombinaci s několika úspěšnými aplikacemi teorie, učinil Stokesovo dílo hlavním východiskem pro další práce o teorii viskózní tekutiny“ [4] .

Stejně jako předtím Cauchy, Stokes přednesl své úvahy důkladnou kinematickou analýzou, ve které objevil povahu vířivosti jako místní úhlové  rychlosti [6] .

Stokesovy myšlenky molekulární mechaniky hrají čistě pomocnou roli. Stokes zanedbával nepravidelnou složku rychlosti tekutiny (v závislosti na vzdálenostech mezi molekulami a interakcích mezi nimi) a pracoval na průměrné (pravidelné) rychlosti tekutiny v blízkosti částice kapaliny. Jeho výchozí hypotézou při odvozování pohybových rovnic viskózní kapaliny byla lineární závislost šesti složek napětí na šesti složkách rychlostí deformace kapalné částice [7] .

Stokes, zvažující tekutinu jako spojité médium, se obrátil k pojetí vnitřního tření a jeho výklad tohoto jevu se stal zobecněním Newtonova výkladu . Na základě svých výsledků Stokes provedl opravy dřívější Newtonovy analýzy problému rotace viskózní tekutiny ve válci [6] . Jak ukázal Stokes, chybou, kterou Newton udělal při řešení tohoto problému, bylo to, že posledně jmenovaný místo momentů třecích sil působících na vnější a vnitřní povrchy každé z válcových vrstev mentálně identifikovaných v kapalině, považoval tyto síly samy o sobě. Ve výsledku Newton zjistil, že doba jedné otáčky kapalné částice závisí lineárně na poloměru válcové vrstvy a ze Stokesových výsledků vyplývá, že tato doba je úměrná druhé mocnině poloměru [8] .

Stokes byl také schopen teoreticky vysvětlit Hagen-Poiseuilleův vzorec pro průtok viskózní nestlačitelné tekutiny ve stacionárním toku ve válcovém potrubí [9] .

V roce 1848 získal Stokes diferenciální rovnice popisující zákon změny víru v čase [10] . V roce 1851 odvodil vzorec pro odporovou sílu působící na pevnou kouli při jejím pomalém rovnoměrném pohybu v neomezené viskózní tekutině [11] . Tento vzorec - Stokesův vzorec  - má tvar:

kde a  jsou poloměr a rychlost kuličky,  je dynamický koeficient viskozity kapaliny [12] .

Stokes také studoval absorpci zvuku v kapalinách; nicméně, Stokesova analýza byla neúplná, protože on považoval viskozitu za jediný disipativní mechanismus , ale nezvažoval tepelnou vodivost (který nemohl být dělán před objevem vztahu mezi teplem a prací ) [6] .

Pokud jde o práci Stokese v oblasti teorie pružnosti , v již zmíněné práci „O teorii vnitřního tření v pohybujících se tekutinách ao rovnováze a pohybu pružných pevných těles“ ukázal, že vlastnost pružných těles k provádění izochronních kmitů je dáno tím, že při malých napěťových deformacích vznikajících v tělese jsou lineární funkce deformací [13] . Stokes také zkoumal dynamický průhyb mostů [3] .

V oblasti optiky Stokes zkoumal aberaci světla , Newtonovy prstence , interferenci a polarizaci světla, spektra , luminiscenci . V roce 1852 zjistil, že vlnová délka fotoluminiscence je větší než vlnová délka vzrušujícího světla ( Stokesovo pravidlo ) [11] .

Jeden z nejdůležitějších vzorců vektorové analýzy nese také jméno Stokes  - Stokesův vzorec , který spojuje zvlnění vektorového pole s cirkulací tohoto pole podél uzavřeného obrysu, který omezuje určitý úsek orientovaného povrchu. Tento vzorec byl získán v roce 1849 W. Thomsonem ; a Stokes jej zahrnuli do každoroční soutěžní zkoušky z matematiky v Cambridge, kterou zastával v letech 1849 až 1882 [14] .

Rozpoznávání

V letech 1849 až 1903 byl George Stokes znovu zvolen čestným lucasiánským profesorem na University of Cambridge. Za úspěchy na poli výzkumu světla v roce 1852, Stokes obdržel Rumfoordovu medaili od Royal Society a v roce 1893 Copley Medal . V roce 1889 obdržel šlechtický titul baroneta .

Byl členem mnoha zahraničních akademií, včetně Pařížské akademie věd [11] [15] a Vojenské lékařské akademie v St. Petersburgu .

Je po něm pojmenována jednotka viskozity CGS , kráter na Měsíci a kráter na Marsu , minerál stokesite.

Viz také

• Stokesův zákon (hydrodynamika)
• Stokesova věta (diferenciální geometrie)
• Stokesův posun (fluorescence)
• Navier-Stokesovy rovnice (hydrodynamika)
• Stokes (jednotka viskozity)
• Stokesovy parametry (polarizace elektromagnetických vln)

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 Bogolyubov, 1983 , str. 454.
2. ↑ Stokes; Vážený pane; George Gabriel (1819 - 1903) // Webové stránky Královské společnosti v Londýně  (anglicky)
3. ↑ 1 2 Bogolyubov, 1983 , str. 455.
4. ↑ 1 2 Pogrebyssky, 1966 , s. 129.
5. ↑ Pogrebyssky, 1966 , s. 143.
6. ↑ 1 2 3 Truesdell, 1976 , str. 122.
7. ↑ Tyulina, 1979 , str. 233-234.
8. ↑ Tyulina, 1979 , str. 224.
9. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , s. 82.
10. ↑ Pogrebyssky, 1966 , s. 288.
11. ↑ 1 2 3 Khramov, 1983 , str. 255.
12. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , s. 93.
13. ↑ Pogrebyssky, 1966 , s. 117.
14. ↑ Shilov, 1972 , str. 385.
15. ↑ Les membres du passé dont le nom zahájit par S Archivováno 6. srpna 2020 na Wayback Machine  (FR)

Literatura

• Bogolyubov A. N.  Matematika. Mechanika. Životopisný průvodce. - Kyjev: Naukova Dumka, 1983. - 639 s.
• Kudryavtsev PS  Historie fyziky. T. 2. - M. : Uchpedgiz, 1956. - 488 s.
• Landau L. D. , Lifshits E. M.  Hydrodynamika. 3. vyd. — M .: Nauka, 1986. — 736 s. - (Teoretická fyzika. díl VI).
• Pogrebyssky I. B.  Od Lagrange k Einsteinovi: Klasická mechanika 19. století. — M .: Nauka, 1966. — 327 s.
• Tyulina I. A.  Historie a metodologie mechaniky. - M. : Moskevské nakladatelství. un-ta, 1979. - 282 s.
• Khramov Yu. A. Stokes George Gabriel // Fyzici: Biografický průvodce / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2., rev. a doplňkové — M  .: Nauka , 1983. — S. 254. — 400 s. - 200 000 výtisků.
• Shilov G. E.  Matematická analýza. Funkce více reálných proměnných, hh. 1-2. - M. : Nauka, 1972. - 624 s.
• Scott B. E.  Muži a milníky v optice. GG Stokes // Appl. Optika , 1 , 1. - 1962.  - S. 69-73.
• Truesdell C.  Historie klasické mechaniky. Část II, 19. a 20. století // Die Naturwissenschaften , 63 , 3. - 1976.  - S. 119-130.

Tematické stránky	Matematická genealogie zbMATH Otevřeno Archiv pro historii matematiky MacTutor
Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron italština okolo světa Litevský univerzál Malý Brockhaus a Efron chorvatský Britannica (online) Brockhaus Slovník národní biografie (2. suppl.) Databáze pozoruhodných jmen Treccani Universalis Oxfordský životopisný Granátové jablko
Genealogie a nekropole	WikiStrom
V bibliografických katalozích BNF : 12193151c GND : 118755528 ISNI : 0000 0001 2139 4633 J9U : 987007594744205171 LCCN : n79086311 NKC : mub2014828479 NLA : 35774773 NLG : 173089 NTA : 073381438 NUKAT : n97066178 SUDOC : 030535999 VcBA : 495/325353 VIAF : 73899541 WorldCat VIAF : 73899541