Stokes, George Gabriel

Sir George Gabriel Stokes ( 13 augusti 1819  -  1 februari 1903 ) var en engelsk matematiker , mekaniker och teoretisk fysiker av irländskt ursprung. Han arbetade vid University of Cambridge , gjorde ett betydande bidrag till hydro- och gasdynamik ( Navier-Stokes ekvationer ), optik och matematisk fysik .

Medlem av Royal Society of London (1851), dess sekreterare 1854-1885. och president från 1885-1890. [1] [2] .

Biografi

Född 13 augusti 1819 i byn Skrin ( Irland ). Han var den yngste sonen till den protestantiska evangelistministern Gabriel Stokes. År 1841 tog han examen från University of Cambridge , från 1849  var han professor i matematik vid detta universitet [1] . Stokes gifte sig 1857 . Han dog i Cambridge den 1 februari 1903 .

Vetenskaplig verksamhet

Stokes arbete är i teoretisk mekanik , hydrodynamik , elasticitetsteori , vibrationsteori , optik , kalkyl och matematisk fysik [1] .

Samtidigt med F.L. Seidel introducerade han ( 1848 ) begreppet enhetlig konvergens av sekvenser och serier [3] .

När vi vänder oss till hydrodynamiken hos en viskös vätska , härledde Stokes 1845 i sitt arbete "Om teorin om intern friktion i rörliga vätskor och om jämvikten och rörelsen hos elastiska fasta ämnen" (publicerad 1849) differentialekvationer som beskriver flödet av viskösa (och , i det allmänna fallet komprimerbara) vätskor, nu kallade Navier-Stokes ekvationer . Han för ut dem för femte gången [4] ; tidigare erhölls de av A. Navier (1821 - för fallet med en inkompressibel vätska), O. Cauchy (1828), S. Poisson (1829) och A. Saint-Venant (1843). Men traditionen att associera dessa ekvationer i första hand med namnen på Navier och Stokes är historiskt sett ganska förståelig [5] , eftersom det är Stokes som äger versionen av härledningen av dessa ekvationer, konsekvent utgående från kontinuumbegreppet. Vetenskapshistorikern I. B. Pogrebyssky noterade: "Uppmärksamhet på den fysiska sidan av saken, med hänsyn till experimentella resultat, en tydlig kinematisk bild av rörelse och en uttömmande formulering av den initiala dynamiska "principen" - allt detta i kombination med flera framgångsrika tillämpningar av teorin, gjorde Stokes arbete till den huvudsakliga utgångspunkten för ytterligare artiklar om teorin om viskös vätska” [4] .

Som Cauchy tidigare hade gjort, inledde Stokes sina överväganden med en grundlig kinematisk analys, där han upptäckte vorticitetens natur som en lokal  vinkelhastighet [6] .

Stokes idéer om molekylär mekanik spelar en rent hjälproll. Genom att försumma den oregelbundna komponenten av vätskehastigheten (beroende på avstånden mellan molekyler och interaktioner mellan de senare), arbetade Stokes på den genomsnittliga (regelbundna) vätskehastigheten i närheten av en vätskepartikel. Hans första hypotes för att härleda rörelseekvationerna för en viskös vätska var det linjära beroendet av de sex spänningskomponenterna på de sex komponenterna i töjningshastigheterna för vätskepartikeln [7] .

Med tanke på en vätska som ett kontinuerligt medium vände sig Stokes till begreppet intern friktion , och hans tolkning av detta fenomen blev en generalisering av Newtons tolkning . Baserat på hans resultat gjorde Stokes korrigeringar till Newtons tidigare analys av problemet med rotation av en viskös vätska i en cylinder [6] . Som Stokes visade var misstaget som Newton gjorde när han löste detta problem att den senare, istället för momenten av friktionskrafterna som verkar på de yttre och inre ytorna av vart och ett av de cylindriska lagren som mentalt identifierats i vätskan, ansåg dessa krafter själva. Som ett resultat fann Newton att tiden för ett varv för en vätskepartikel beror linjärt på radien av det cylindriska skiktet, och av Stokes resultat följer att denna tid är proportionell mot kvadraten av radien [8] .

Stokes kunde också teoretiskt förklara Hagen-Poiseuilles formel för flödeshastigheten för en viskös inkompressibel vätska i ett stationärt flöde i ett cylindriskt rör [9] .

År 1848 fick Stokes differentialekvationer som beskrev lagen om virvelförändringar över tid [10] . År 1851 härledde han en formel för motståndskraften som verkar på en solid boll under dess långsamma enhetliga rörelse i en obegränsad viskös vätska [11] . Denna formel - Stokes formel  - har formen:

där och  är bollens radie och hastighet,  är den dynamiska koefficienten för vätskans viskositet [12] .

Stokes studerade också absorptionen av ljud i vätskor; dock var Stokes analys ofullständig, eftersom han ansåg viskositet som den enda dissipativa mekanismen , men tog inte hänsyn till värmeledningsförmåga (vilket inte kunde göras innan upptäckten av förhållandet mellan värme och arbete ) [6] .

När det gäller Stokes arbete inom området elasticitetsteorin , visade han i det redan nämnda arbetet "Om teorin om intern friktion i rörliga vätskor och om jämvikten och rörelsen hos elastiska fasta kroppar", att elastiska kroppars egenskaper. att utföra isokrona svängningar beror på det faktum att vid små stresspåkänningar, som uppstår i kroppen är linjära funktioner av deformationer [13] . Stokes undersökte också den dynamiska avböjningen av broar [3] .

Inom optikområdet undersökte Stokes aberrationen av ljus , Newtons ringar , interferens och polarisering av ljus, spektra , luminescens . 1852 slog han fast att våglängden för fotoluminescens är större än våglängden för det exciterande ljuset ( Stokes regel ) [11] .

En av de viktigaste formlerna för vektoranalys bär också namnet Stokes  - Stokes-formeln , som förbinder krullen av ett vektorfält med cirkulationen av detta fält längs en sluten kontur som begränsar en viss sektion av en orienterad yta. Denna formel erhölls 1849 av W. Thomson ; och Stokes inkluderade det i den årliga konkurrensutsatta matematikexamen i Cambridge, som han höll från 1849 till 1882 [14] .

Erkännande

Från 1849 till 1903 omvaldes George Stokes till Lucasian hedersprofessor vid University of Cambridge. För prestationer inom ljusforskningen 1852 fick Stokes Rumfoord-medaljen från Royal Society och 1893 Copley-medaljen . 1889 fick han adliga titeln baronet .

Han var medlem av många utländska akademier, inklusive Paris Academy of Sciences [11] [15] och Military Medical Academy i St. Petersburg .

CGS- enheten för viskositet , en krater på månen och en krater på Mars , mineralet stokesite, är uppkallad efter honom.

Se även

• Stokes lag (hydrodynamik)
• Stokes teorem (differentialgeometri)
• Stokes shift (fluorescens)
• Navier-Stokes ekvationer (hydrodynamik)
• Stokes (viskositetsenhet)
• Stokes parametrar (polarisering av elektromagnetiska vågor)

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 Bogolyubov, 1983 , sid. 454.
2. ↑ Stokes; Herr; George Gabriel (1819 - 1903) // Webbplats för Royal Society of London  (engelska)
3. ↑ 1 2 Bogolyubov, 1983 , sid. 455.
4. ↑ 1 2 Pogrebyssky, 1966 , sid. 129.
5. ↑ Pogrebyssky, 1966 , sid. 143.
6. ↑ 1 2 3 Truesdell, 1976 , sid. 122.
7. ↑ Tyulina, 1979 , sid. 233-234.
8. ↑ Tyulina, 1979 , sid. 224.
9. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , sid. 82.
10. ↑ Pogrebyssky, 1966 , sid. 288.
11. ↑ 1 2 3 Khramov, 1983 , sid. 255.
12. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , sid. 93.
13. ↑ Pogrebyssky, 1966 , sid. 117.
14. ↑ Shilov, 1972 , sid. 385.
15. ↑ Les membres du passé dont le nom commence par S Arkiverad 6 augusti 2020 på Wayback Machine  (FR)

Litteratur

• Bogolyubov A. N.  Matematik. Mekanik. Biografisk guide. - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 639 s.
• Kudryavtsev PS  Fysikens historia. T. 2. - M. : Uchpedgiz, 1956. - 488 sid.
• Landau L. D. , Lifshits E. M.  Hydrodynamics. 3:e uppl. — M .: Nauka, 1986. — 736 sid. - (Theoretical Physics. Vol. VI).
• Pogrebyssky I. B.  Från Lagrange till Einstein: 1800-talets klassiska mekanik. — M .: Nauka, 1966. — 327 sid.
• Tyulina I. A. Mekanikens  historia och metodik. - M . : Moscows förlag. un-ta, 1979. - 282 sid.
• Khramov Yu. A. Stokes George Gabriel // Fysiker: Biografisk guide / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2:a, rev. och ytterligare — M  .: Nauka , 1983. — S. 254. — 400 sid. - 200 000 exemplar.
• Shilov G. E.  Matematisk analys. Funktioner av flera reella variabler, hh. 1-2. - M. : Nauka, 1972. - 624 sid.
• Scott B. E.  Män och milstolpar inom optik. GG Stokes // Appl. Optics , 1 , 1. - 1962.  - P. 69-73.
• Truesdell C.  Klassisk mekaniks historia. Del II, 1800- och 1900-talen // Die Naturwissenschaften , 63 , 3. - 1976.  - S. 119-130.

Tematiska platser	Matematisk släktforskning zbMATH Öppna Arkiv för matematikens historia MacTutor
Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron italienska runt världen Litauisk universal Litet Brockhaus och Efron Kroatisk Britannica (online) Brockhaus Dictionary of National Biography (andra suppl.) Anmärkningsvärda namndatabas Treccani Universalis Oxford biografiska Granatäpple
Släktforskning och nekropol	WikiTree
I bibliografiska kataloger 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