Stokes, George Gabriel

Sir George Gabriel Stokes ( 13. august 1819  -  1. februar 1903 ) var en engelsk matematiker , mekaniker og teoretisk fysiker af irsk oprindelse. Han arbejdede ved University of Cambridge , ydede et væsentligt bidrag til hydro- og gasdynamik ( Navier-Stokes-ligninger ), optik og matematisk fysik .

Medlem af Royal Society of London (1851), dets sekretær i 1854-1885. og præsident fra 1885-1890. [1] [2] .

Biografi

Født 13. august 1819 i landsbyen Skrin ( Irland ). Han var den yngste søn af den protestantiske evangelistpræst Gabriel Stokes. I 1841 dimitterede han fra University of Cambridge , fra 1849  var han professor i matematik ved dette universitet [1] . Stokes giftede sig i 1857 . Han døde i Cambridge den 1. februar 1903 .

Videnskabelig aktivitet

Stokes' arbejde er inden for teoretisk mekanik , hydrodynamik , elasticitetsteori , vibrationsteori , optik , calculus og matematisk fysik [1] .

Samtidig med F.L. Seidel introducerede han ( 1848 ) begrebet ensartet konvergens af sekvenser og serier [3] .

Med hensyn til hydrodynamikken af ​​en viskøs væske udledte Stokes i 1845 i sit arbejde "Om teorien om indre friktion i bevægelige væsker og om ligevægten og bevægelsen af ​​elastiske faste stoffer" (udgivet i 1849) differentialligninger, der beskriver strømmen af ​​viskøse (og , i det generelle tilfælde komprimerbare) væsker, nu kaldet Navier-Stokes-ligningerne . Han fører dem ud for femte gang [4] ; tidligere blev de opnået af A. Navier (1821 - for en inkompressibel væske), O. Cauchy (1828), S. Poisson (1829) og A. Saint-Venant (1843). Traditionen med at forbinde disse ligninger primært med navnene på Navier og Stokes er dog historisk set ganske forståelig [5] , eftersom det er Stokes, der ejer versionen af ​​udledningen af ​​disse ligninger, konsekvent ud fra kontinuumskonceptet. Videnskabshistorikeren I. B. Pogrebyssky bemærkede: "Opmærksomhed på den fysiske side af sagen, under hensyntagen til eksperimentelle resultater, et klart kinematisk billede af bevægelse og en udtømmende formulering af det indledende dynamiske "princip" - alt dette kombineret med flere vellykkede applikationer af teorien, gjorde Stokes' arbejde til det vigtigste udgangspunkt for yderligere artikler om teorien om viskøs væske" [4] .

Som Cauchy tidligere havde gjort, indledte Stokes sine overvejelser med en grundig kinematisk analyse, hvori han opdagede vorticitetens natur som en lokal  vinkelhastighed [6] .

Stokes' ideer om molekylær mekanik spiller en rent hjælperolle. Ved at negligere den uregelmæssige komponent af væskehastigheden (afhængig af afstandene mellem molekyler og interaktioner mellem sidstnævnte), opererede Stokes på den gennemsnitlige (regelmæssige) væskehastighed i nærheden af ​​en væskepartikel. Hans indledende hypotese ved at udlede bevægelsesligningerne for en viskøs væske var den lineære afhængighed af de seks spændingskomponenter af de seks komponenter i spændingshastighederne for den flydende partikel [7] .

I betragtning af en væske som et kontinuerligt medium, vendte Stokes sig til begrebet intern friktion , og hans fortolkning af dette fænomen blev en generalisering af Newtons fortolkning . Baseret på hans resultater lavede Stokes rettelser til Newtons tidligere analyse af problemet med rotation af en viskøs væske i en cylinder [6] . Som Stokes viste, var fejlen begået af Newton ved at løse dette problem, at sidstnævnte, i stedet for momenterne af friktionskræfterne, der virker på de ydre og indre overflader af hvert af de cylindriske lag mentalt identificeret i væsken, betragtede disse kræfter selv. Som et resultat fandt Newton ud af, at tiden for én omdrejning af en væskepartikel afhænger lineært af radius af det cylindriske lag, og af Stokes' resultater følger det, at denne tid er proportional med kvadratet af radius [8] .

Stokes var også i stand til teoretisk at forklare Hagen-Poiseuille-formlen for strømningshastigheden af ​​en viskøs inkompressibel væske i en stationær strømning i et cylindrisk rør [9] .

I 1848 opnåede Stokes differentialligninger, der beskriver loven om hvirvelændringer over tid [10] . I 1851 udledte han en formel for modstandskraften , der virker på en solid bold under dens langsomme ensartede bevægelse i en ubegrænset viskøs væske [11] . Denne formel - Stokes-formlen  - har formen:

hvor og  er kuglens radius og hastighed,  er den dynamiske koefficient for væskeviskositet [12] .

Stokes undersøgte også absorptionen af ​​lyd i væsker; Stokes' analyse var dog ufuldstændig, da han betragtede viskositet som den eneste dissipative mekanisme , men ikke overvejede termisk ledningsevne (hvilket ikke kunne gøres før opdagelsen af ​​forholdet mellem varme og arbejde ) [6] .

Hvad angår Stokes' arbejde inden for elasticitetsteorien , viste han i det allerede nævnte arbejde "Om teorien om indre friktion i bevægelige væsker og om ligevægten og bevægelsen af ​​elastiske faste legemer", at egenskaben ved elastiske legemer. at udføre isokrone svingninger skyldes det faktum, at ved små stressbelastninger, der opstår i kroppen, er lineære funktioner af deformationer [13] . Stokes undersøgte også den dynamiske afbøjning af broer [3] .

Inden for optik undersøgte Stokes aberration af lys , Newtons ringe , interferens og polarisering af lys, spektre , luminescens . I 1852 fastslog han, at bølgelængden af ​​fotoluminescens er større end bølgelængden af ​​det spændende lys ( Stokes' regel ) [11] .

En af de vigtigste formler for vektoranalyse bærer også navnet Stokes  - Stokes-formlen , som forbinder krøllen af ​​et vektorfelt med cirkulationen af ​​dette felt langs en lukket kontur, der begrænser et bestemt afsnit af en orienteret overflade. Denne formel blev opnået i 1849 af W. Thomson ; og Stokes inkluderede det i den årlige kompetitive matematikeksamen i Cambridge, som han holdt fra 1849 til 1882 [14] .

Anerkendelse

Fra 1849 til 1903 blev George Stokes genvalgt til æresprofessor ved University of Cambridge. For præstationer inden for lysforskning i 1852 modtog Stokes Rumfoord-medaljen fra Royal Society og i 1893 Copley-medaljen . I 1889 modtog han den adelige titel baronet .

Han var medlem af mange udenlandske akademier, herunder Paris Academy of Sciences [11] [15] og Military Medical Academy i St. Petersborg .

CGS -enheden for viskositet , et krater på Månen og et krater på Mars , mineralet stokesite, er opkaldt efter ham.

Se også

• Stokes lov (hydrodynamik)
• Stokes' sætning (differentialgeometri)
• Stokes shift (fluorescens)
• Navier-Stokes ligninger (hydrodynamik)
• Stokes (viskositetsenhed)
• Stokes-parametre (polarisering af elektromagnetiske bølger)

Noter

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

Litteratur

• Bogolyubov A. N.  Matematik. Mekanik. Biografisk guide. - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 639 s.
• Kudryavtsev PS  Fysik historie. T. 2. - M. : Uchpedgiz, 1956. - 488 s.
• Landau L. D. , Lifshits E. M.  Hydrodynamics. 3. udg. — M .: Nauka, 1986. — 736 s. - (Teoretisk fysik. Bind VI).
• Pogrebyssky I. B.  Fra Lagrange til Einstein: Klassisk mekanik i det 19. århundrede. — M .: Nauka, 1966. — 327 s.
• Tyulina I. A. Mekaniks  historie og metodologi. - M . : Forlag i Moskva. un-ta, 1979. - 282 s.
• Khramov Yu. A. Stokes George Gabriel // Fysikere: Biografisk vejledning / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2. rev. og yderligere — M  .: Nauka , 1983. — S. 254. — 400 s. - 200.000 eksemplarer.
• Shilov G. E.  Matematisk analyse. Funktioner af flere reelle variable, hh. 1-2. - M. : Nauka, 1972. - 624 s.
• Scott B. E.  Mænd og milepæle i optik. GG Stokes // Appl. Optik , 1 , 1. - 1962.  - S. 69-73.
• Truesdell C.  Klassisk mekaniks historie. Del II, det 19. og 20. århundrede // Die Naturwissenschaften , 63 , 3. - 1976.  - S. 119-130.

Tematiske steder	Matematisk genealogi zbMATH Åbn Arkiv for matematikkens historie MacTutor
Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron italiensk jorden rundt Litauisk universal Lille Brockhaus og Efron kroatisk Britannica (online) Brockhaus Dictionary of National Biography (2. suppl.) Bemærkelsesværdige navnedatabase Treccani Universalis Oxford biografisk Granatæble
Slægtsforskning og nekropolis	WikiTree
I bibliografiske 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