Спросить
Войти

СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН - МЕХАНИК И МАТЕМАТИК, ОРГАНИЗАТОР НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (К 150-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)

Автор: указан в статье

Машиностроение к компьютерные технологии

Сетевое научное издание

http://www.technomagelpub.ru

Ссылка на статью:

// Машиностроение и компьютерные технологии. 2019. № 04. С. 42-49.

Представлена в редакцию: 12.03.2018

© НП «НЭИКОН»

УДК 531/534

Сергей Алексеевич Чаплыгин - механик и математик, организатор научных исследований (к 150-летию со дня рождения)

1 * 1 Базанчук Г.А. & , Гартиг Е.Б. ,

Томашпольский В.Я.1

1МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

тигтаШ^гатЫег.ги

В работе дается краткий обзор научной, педагогической, общественной и организационной деятельности Сергея Алексеевича Чаплыгина. Основной акцент сделан на отражении связей с Н.Е. Жуковским, с кафедрами и сотрудниками Императорского Московского Технического Училища и Центрального аэрогидродинамического института.

В 2019 г. исполняется 150 лет со дня рождения выдающегося русского и советского ученого, механика и математика, аэро- и гидродинамика, академика АН СССР, Героя Социалистического Труда, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР Сергея Алексеевича Чаплыгина (1869-1942). В Императорском Московском Техническом Училище он работал на кафедре теоретической механики под руководством Н.Е.Жуковского с 1895 г. по 1906 г.

Выпускник Московского университета С.А. Чаплыгин был старшим и авторитетнейшим среди ближайших учеников Николая Егоровича Жуковского, который одним из первых заметил и оценил его научные таланты. По окончании университета Сергей Алексеевич был рекомендован своим учителем на продолжение работы над магистерской диссертацией и одновременно занялся преподавательской деятельностью сразу в нескольких учебных заведениях [1,2].

1

С.Л. Чаплыгин ■ магистр университета

Значительная часть его жизни и деятельности с 1895 г. по 1906 г. была связана с ИМТУ. Здесь на кафедре теоретической механики, основанной Н.Е. Жуковским в 1878 г., С.А. Чаплыгин работал преподавателем теоретической механики, в качестве ассистента Н.Е.Жуковского проводил практические занятия, а затем читал лекции будущим инженерам [3,4].

В этот период своей научной деятельности Чаплыгин занимался задачами классической механики о движении твердого тела и исследованием систем с неголономными связями. Исследованию неголономных систем посвящены его работы «О движении твердого тела вращения на горизонтальной плоскости», «О некотором возможном обобщении теоремы площадей на случай катания шаров», а также «Новый взгляд на начало Гамильтона» - обобщение принципа Гамильтона на случай неголономных систем (доклад по этой проблеме он делал совместно с будущим заведующим кафедрой теоретической механики МВТУЕ.А. Болотовым) [5,6].

Публичная защита магистерской диссертации С.А. Чаплыгина «О некоторых случаях движения твердого тела в жидкости» состоялась 20 марта 1898 года. На эту работу он получил положительную рецензию от Н.Е. Жуковского, в которой тот очень тщательно и подробно разобрал этот научный труд, а также очень высоко оценил самого диссертанта.

Работы 1897-98 гг. по механике неголономных систем, а также работы о движении твердого тела в жидкости, представленные в Академию наук на соискание премии графа Д.А. Толстого, были удостоены присуждения большой почетной золотой медали. Много позже президент АН СССР М.В. Келдыш об этих работах С.А. Чаплыгина дал такой отзыв: «Работы его в этой области показали, что он является блестящим ученым, владеющим самыми сложными аналитическими методами науки, извлекающим из них ясные геометрические закономерности движения» [2].

Докторская диссертация С.А. Чаплыгина «О газовых струях», защищенная в 1903 году, посвящена аэродинамике. В этой работе было показано, что характер задачи самым существенным образом связан со скоростью потока: если скорость потока относительно погруженного тела значительно ниже скорости звука, то воздух можно считать несжимаемой жидкостью. Это обстоятельство чрезвычайно упрощало задачу, так как уравнения, определяющие движение жидкости, неизмеримо проще уравнений движения газа. В своей диссертации Чаплыгин дает гениальное по простоте решение. Оно состоит в том, что если известно решение некоторой задачи теории струй для случая несжимаемой жидкости, то решение аналогичной задачи для газа получается в виде такого же ряда, все члены которого получат лишь некоторые дополнительные множители.

Н.Е. Жуковский дает такой отзыв об этой диссертации С.А. Чаплыгина: «В своей докторской диссертации Сергей Алексеевич разрешает недоступную до его исследования задачу о движении газовых струй. Ему удалось остроумным приемом сблизить свое решение с хорошо разработанной теорией струй в несжимаемой жидкости. Насколько в своей магистерской диссертации Сергей Алексеевич выразил свое искусство в геометрическом толковании задач механики, настолько в своей докторской работе проявил он себя тонким аналитиком, умеющим преодолевать значительные тематические трудности рассматриваемого им вопроса».

После защиты докторской диссертации С.А. Чаплыгин становится профессором Московского университета, а затем, в силу ряда сложившихся обстоятельств, в январе 1906 г. ушел с кафедры теоретической механики ИМТУ, занявшись созданием первых в России Высших женских курсов. После того как Сергей Алексеевич с большой группой профессоров ушел и из Московского университета в 1911 г. в знак протеста против увольнения ряда сотрудников МГУ за связь с революционными событиями 1905-1907 гг., работа на МВЖК стала для него основной. На этой работе Сергей Алексеевич в полной мере проявил свои организационные и педагогические таланты. Для курсисток Сергей Алексеевич, будучи директором курсов, читал обзорный курс по механике, выпустил ряд учебников: «Механика системы ч.1, ч.2» (1905—1907) и упрощенный «Пропедевтический курс механики» (1915). Эти курсы с течением времени, уже после Великой Октябрьской социалистической революции, были присоединены к МГУ, а затем преобразованы в Педагогический институт.

Отличительной чертой научных исследований С.А. Чаплыгина являлась их полная аналитичность. В МГУ Сергей Алексеевич работал на кафедре прикладной математики и решение задач механики являлось для него приложением общих математических методов.

Ряд математических работ С.А. Чаплыгина относятся к области дифференциальных уравнений. Его статья «О принципе последнего множителя» (1900) посвящена решению системы дифференциальных уравнений. В работе «Изыскания интегралов линейных уравнений второго порядка с остаточным членом» (1905) С.А. Чаплыгин изложил свой приближенный метод интегрирования линейных дифференциальных уравнений второго порядка. Этот метод был назван первым методом Чаплыгина. В дальнейшем он создал другой метод, который применял для решения уравнения

Работы в области вариационного исчисления посвящены условиям, при которых двойной интеграл от выражения вида

•(й) = /(х,У,у,к,

а также для решения уравнения в частных производных

Ар-р(х,у,г)р = 0 .

достигает минимума. В этих исследованиях С.А. Чаплыгин шел своим путем, не используя аппарат классического вариационного исчисления.

В математическом плане Сергей Алексеевич, в том числе, органично дополнял исследования Н.Е. Жуковского, основу подхода которого составляли четкие физические модели и зримые геометрические образы. Такое творческое сотрудничество давало хорошие результаты.

Так, в 1906 г. Н.Е. Жуковский представил свою знаменитую формулу для подъемной силы крыла в виде

¥ = руЬ\ (ув — Ун =рчЬГ,

0

где р- плотность набегающего потока, V — скорость потока на удалении от крыла, Ь — длина крыла, Г — циркуляция вокруг профиля крыла.

Расчетная схема к выводу подъемной силы крыла

Однако общего способа вычисления циркуляции Жуковский не дал. В течение длительного периода проблема оставалась нерешенной, и только в 1910 г. важнейший вклад в решение данной задачи был сделан С.А. Чаплыгиным, который, используя методы теории функций комплексного переменного, дал новый аналитический вывод формулы Жуковского (формула Чаплыгина) и указал, что величина циркуляции Г однозначно определяется из требования конечности скорости у задней кромки профиля крыла (постулат Жуковского — Чаплыгина).

Используемые С.А. Чаплыгиным в решении механических задач оригинальные математические приемы поставили его в ряд крупнейших механиков и математиков России и мира. При этом, будучи чистым теоретиком, Сергей Алексеевич всегда поддерживал организационно и непосредственным участием работы, позволяющие сопоставить его результаты с экспериментальными. Значительное место в нарождающейся науке - прикладной аэро- гидродинамике отводилось экспериментальным исследованиям с применением аэродинамических труб. При продувках крыльев в аэродинамических трубах экспериментально определяется коэффициент подъёмной силы крыла - С . Формула для расчета подъемной силы преобразуется к виду:

^ = СБ . у 2

Первая аэродинамическая труба в России была создана под руководством Н.Е. Жуковского в 1902 г. в МГУ, а затем в 1909 г. более мощная в аэродинамической лаборатории ИМТУ, где проводились первые замеры подъемной силы по методике предложенной Жуковским. В ее строительстве и эксплуатации участвовали члены знаменитого воздухоплавательного кружка, организованного Н.Е. Жуковским из студентов и инженеров ИМ-ТУ. Постройкой этой прямоугольной аэродинамической трубы с размерами рабочей части 150 х 30 см2 в Императорском Московском Технической училище руководил А. Н. Туполев.

Аэродинамическая плоская труба ИМТУ (1910 г.)

Еще одна труба была построена на средства Д.П. Рябушинского и при его участии в Кучино под Москвой. В ее проектировании, строительстве и эксплуатации активно участвовал С.А. Чаплыгин. С началом Первой мировой войны исследования на трубах практически прекратились.

Возобновление научных исследований в области практической аэро- и гидродинамики в России произошло уже после революции 1917 года и было связано с организацией Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). Во главе его был поставлен «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский, а его многочисленные ученики и соратники из МГУ и МВТУ составили основу научно-технического коллектива. Члены знаменитого воздухоплавательного кружка Н.Е. Жуковского в ИМТУ: А.А. Архангельский, В.П. Вет-чинкин (заведующий кафедрой теоретической механики МВТУ с 1944 г. по 1950 г.), Г.М. Мусинянц, Б.И. Россинский, Г.Х. Сабинин, А.Н. Туполев, К.А. Ушаков, Б.Н. Юрьев и др. стали руководителями подразделений ЦАГИ, а многие и главными конструкторами авиационной техники.

Сергей Алексеевич Чаплыгин был одним из руководителей теоретического отдела, а также деятельно участвовал в проектных работах по строительству производственных корпусов ЦАГИ, его филиала в Кучино. После смерти Н.Е. Жуковского в 1921 г. именно С.А. Чаплыгин по праву возглавил ЦАГИ, продолжая дело своего великого учителя.

Работая научным руководителем ЦАГИ с 1921г. по 1942 г. Сергей Алексеевич в полной мере раскрылся не только как выдающийся ученый, но и авторитетный организатор научных исследований большого коллектива ученых и инженеров. Под его руководством в ЦАГИ, являющемся со дня основания флагманом авиационной науки и техники России, была создана отечественная научная и инженерная школа не только по авиации, но в целом по фундаментальным исследованиям в области теоретической и прикладной аэро- и гидродинамики, прочности летательных аппаратов, системам их управления.

С.А. Чаплыгин (в центре) с руководителями отделов ЦАГИ (1930-е годы). В первом ряду слева сидят: А.А. Архангельский, А.Н. Туполев, Б.Н. Юрьев, Г.А. Озеров; справа от Чаплыгина сидит Б.С. Стечкин,

стоит слева В.П. Ветчинкин.

Научная, педагогическая и организационная работа С.А. Чаплыгина получали безоговорочное признание как научного сообщества, так и государства до и после революции 1917 года. В 1914 году за педагогическую и научную деятельность ему был пожалован титул действительного статского советника, что по воинскому табелю о рангах соответствовало званию генерал-майора и давало право на наследуемое дворянство. В советское время Сергей Алексеевич был первым среди ученых СССР удостоен звания Героя

Социалистического Труда, в честь его назван город Чаплыгин (б. Раненбург) в Липецкой области. Научное наследие его не стареет, оставаясь составной частью в прочном фундаменте современных исследований по многим направлениям механики и математики.

В университете память о выдающемся ученом сохраняется на кафедре теоретической механики, на которой он работал и которая носит имя своего основателя - профессора Н.Е. Жуковского, на кафедрах математики, а также в многочисленных научных и научно-педагогических школах МГТУ им. Н.Э. Баумана [4-10].

Список литературы

1. Веселовский И.Н. Очерки по истории теоретической механики. — М.: Высшая школа, 1974. — 287 с.
2. Академик С.А. Чаплыгин / [Ред.-сост. Г.С. Бюшгенс]; ФГУП ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского. - М.: Наука, 2010. - 286 с.
3. https://ш.wikipedia.org/wiki/Чаплыгин, Сергей Алексеевич#Теоретическая механика (дата обращения 23.03.2019)
4. Научные школы МГТУ им. Н.Э. Баумана / Под. ред. И.Б. Федорова, К.С. Колесникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005 г.
5. Кафедра «Теоретическая механика». Основные этапы развития (1878-2003) / Редакционная коллегия: К.С. Колесников, В.В. Дубинин, Б.П. Назаренко, и др. Москва: Экслибрис-Пресс, 2003. - 192 с.
6. http://hoster.bmstu.ru/~fn3/about/persons/chaplygin/chaplygin.htm (дата обращения 23.03.2019)
7. Колесников К.С., Пожалостин А.А., Шкапов П.М. Задачи динамики гидромеханических систем в трудах кафедры теоретической механики имени профессора Н.Е. Жуковского // Инженерный журнал: наука и инновации, 2012, №7. - 16 с. DOI: 10.18698/2308-6033-2012-7-285
8. Научно-учебный комплекс «Фундаментальные науки». Очерки истории / Под ред. В.О. Гладышева, О.С. Еркович, Б.П. Назаренко, В.Я. Томашпольского. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 342 с.
9. Томашпольский В. Я., Сидняев Н. И. О математике, математиках и кафедре "Высшая математика". История, традиции, современность. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2014.
10. Томашпольский В. Я. Становление и развитие научной школы математики Императорского Московского технического училища. Инженерный журнал: наука и инновации. 2013 .- № 5(17). - 13с. DOI: 10.18698/2308-6033-2013-5-733
СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН ИСТОРИЯ НАУКИ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА МАТЕМАТИКА АЭРОГИДРОДИНАМИКА ИМПЕРАТОРСКОЕ МОСКОВСКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧИЛИЩЕ МГТУ ИМ. Н.Э. БАУМАНА ЦАГИ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА Н.Е. ЖУКОВСКОГО
Другие работы в данной теме:
Контакты
Обратная связь
support@uchimsya.com
Учимся
Общая информация
Разделы
Тесты