Механика от античности до наших дней
Шрифт:
Николай Егорович Жуковский (1847—1921), сын инженера, окончил физико-математический факультет Московского университета в 1868 г. С 1872 г. он преподавал в Московском техническом училище сначала математику, а затем — с 1874 по 1919 г. — механику. В 1886 г. Жуковский возглавил кафедру механики в Московском университете и в течение многих лет руководил Московским математическим обществам, с 1903 г. как его вице-президент и с 1905 г. — как президент.
Преподавательская работа в двух крупнейших учебных заведениях России отражала в некоторой мере основное направление научной деятельности Жуковского, его стремление увязать развитие научных и технических
Жуковского особенно привлекал своей наглядностью геометрический метод изложения механики. В своей магистерской диссертации «Кинематика жидкого тела» (1876) он наряду с аналитическим методом широко использует геометрический метод исследования, что дало ему возможность представить ясную картину законов движения частицы жидкости в потоке. Эта работа открыла ряд его исследований в области гидродинамики.
Русский ученый, основоположник современной гидродинамики и аэродинамики. Под его руководством в 1918 г. был создан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ)
Уже в первые годы научной деятельности Н.Е. Жуковский исследует широкий круг вопросов в области общей механики, механики твердого тела, гидродинамики, астрономии. Он изучает вопрос об ударе твердых тел (1878—1885), о гироскопических приборах и маятниках (1881—1895), дает геометрическую интерпретацию общего случая движения твердого тела вокруг неподвижной точки (1892). Особое место среди его работ по общей механике занимает докторская диссертация «О прочности движения», которую Жуковский защитил в 1882 г. В этом исследовании, посвященном одной из кардинальных проблем механики, Жуковский впервые ввел понятие о мере устойчивости движения, разработал метод оценки устойчивости движения.
В этом разделе мы рассмотрим работы Жуковского в области гидродинамики и гидравлики. В 1885 г. он опубликовал капитальный труд «О движении твердого тела, имеющего полости, наполненные однородной капельной жидкостью». Во введении он отмечает, что в первой и второй части работы рассмотрена общая теория движения тела и заключенных в нем твердых и жидких масс при условии отсутствия трения и в предположении, что скорости жидкостей имеют потенциал. Жуковский указывал, что в этом случае поступательное движение твердого тела с полостями, наполненными жидкостями, не будет отличаться от движения сплошного твердого тела, так как оно не вызывает движения частиц относительно тела. Вращательное же движение тела вызывает и полностью определяет относительное движение жидкости в полостях. В этой работе, получившей в Московском университете премию имени Брашмана, проявились основные черты научного творчества Жуковского.
В 1887 г. были изданы лекции Жуковского по гидродинамике, которые он читал в Московском университете. Во введении к лекциям он отметил, что гидродинамика является одной из блестящих глав механики, дал анализ ее развития, начиная с работ Даниила Бернулли, Даламбера, Эйлера.
В этой работе Жуковский, по-прежнему используя геометрический метод исследования, дал картину движения с образованием струй. Метод Жуковского можно было применить к исследованию турбин, удара бесконечного потока о тела, ограниченные кривыми контурами, истечения
При решении вопроса о течениях с отрывом струй Жуковский использовал математический аппарат теории функций комплексного переменного, который впоследствии нашел широкое развитие и применение в работах русских механиков. Жуковский развил также и фрикционную теорию сопротивления среды движущимся в ней телам. В 1887—1890 гг. он распространяет эту теорию на случай определения сопротивления судов и в работе «О форме судов», опубликованной в 1890 г., четко формулирует понятие о пограничном слое. Таким образом, в 70—80-е годы XIX в. Н.Е. Жуковский исследует задачи классической теоретической механики и гидродинамики и создает новые методы исследования в этой области.
В конце 80-х годов XIX в. характер и направление работ Жуковского несколько изменяются: появляются исследования, непосредственно связанные с требованиями техники, и они начинают занимать все большее место. Следует отметить, что на работах Жуковского сказалось развитие не столько старых, «классических», отраслей промышленности, но преимущественно новых тенденций в развитии техники. Вернее, в творчестве Жуковского мы видим переход от проблем, навеянных старыми отраслями техники (водопровод, железнодорожный транспорт и др.), к проблемам, связанным с новыми отраслями (авиация).
В области гидравлики Жуковский выполнил крупные исследования, связанные с течением грунтовых вод; непосредственным поводом здесь послужили задачи, возникшие при реконструкции московского водопровода. В работах «Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод» (1888) и «О влиянии давления на насыщенные водою пески» (1888) Жуковский установил связь между изменением уровня подпочвенных вод и изменением барометрического давления. Он показал, что величина колебания уровня подпочвенных вод зависит от толщины водоносного слоя, и вывел формулы для определения запаса воды, имеющегося под землей. При решении этих вопросов Жуковский широко пользовался экспериментальными данными.
Эти исследования Жуковского были подытожены в 1898 г. опубликованием капитального труда «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах». В то время никак не могли решить весьма сложный вопрос о причинах аварий магистральных труб Рублевского водопровода. Жуковский установил, что причиной этих аварий является гидравлический удар, т. е. явление резкого повышения давления в трубах при быстром закрытии задвижки в трубе. На основании многих опытов он выявил физическую сущность явления гидравлического удара и дал формулы для определения времени, необходимого для безопасного закрытия водопроводных труб (без появления гидравлического удара), а также способ предохранения водопровода от повреждений вследствие гидравлического удара. Теория гидравлического удара, уже в первые годы своего появления ставшая известной за рубежом, принесла Жуковскому мировую славу; до настоящего времени она является основой решения задач, связанных с явлениями гидравлического удара.
Исследованиями по гидравлическому удару Жуковский показал, какие широкие возможности открывает эксперимент. Сочетание теоретических и экспериментальных исследований и в дальнейшем является характерной чертой научного творчества Жуковского. Н.Е. Жуковский возвращался к тому же кругу вопросов и позднее, в статьям «К вопросу о величине диаметра водонапорной колонны, соединенной длинной трубой с открытым резервуаром» (1902) и «О повреждении водопроводных труб, случившемся 7 февраля 1914 г.».