Джон Уи́льям Стретт, третий барон Рэле́й (англ. John Strutt, 3rd Baron Rayleigh; 12 ноября 1842 — 30 июня 1919), более известный как лорд Рэйли (Рэлей) — британский физик и механик, открывший (с Уильямом Рамзаем) газ аргон и получивший за это Нобелевскую премию по физике в 1904 году. Открыл также явление, ныне называемое рассеянием Рэлея, и предсказал существование поверхностных волн, которые также называются волнами Рэлея.
| Джон Уильям Стретт | ||
|---|---|---|
| John William Strutt | ||
 | ||
| Дата рождения | 12 ноября 1842[1][2][…] | |
| Место рождения | Лэнгфорд-Гров, Эссекс, Англия | |
| Дата смерти | 30 июня 1919[1][2][…] (76 лет) | |
| Место смерти | Уитэм, Эссекс, Англия | |
| Страна | ||
| Род деятельности | физик, политик, преподаватель университета, математик, химик | |
| Научная сфера | физика, механика | |
| Место работы | Королевский институт Великобритании | |
| Альма-матер | Кембриджский университет | |
| Учёная степень | бакалавр искусств[3] (1865) и магистр искусств[3] (1868) | |
| Научный руководитель |
Э. Дж. Раус Дж. Г. Стокс |
|
| Ученики |
Джозеф Томсон Джагдиш Чандра Бос Ричард Глэйзбрук |
|
| Награды и премии |
Королевская медаль (1882)
|
|
| Автограф |
 |
|
 Медиафайлы на Викискладе | ||
Член Лондонского королевского общества (1873), его президент в 1905—1908 годах[4][5]. Иностранный член Французской академии наук (1910; член-корреспондент с 1890)[6].
Биография
Стретт родился в 1842 году в городке Лэнгфорд-Гров (англ. Langford Grove) близ Тирлинга (англ. Terling), графство Эссекс[4]. С малых лет он отличался хрупким здоровьем.
В 1861 году он поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета, где изучал математику. Его учителями были Эдвард Джон Раус и Джордж Габриэль Стокс. В 1865 году он получил степень бакалавра, а в 1868 году — магистра. После этого он был принят на работу сотрудником Тринити-колледжа и работал там до своей женитьбы в 1871 году[4][7].
Титул лорда Стретт унаследовал в 1873 году после смерти его отца — Джона Стретта, второго барона Рэлея[7].
После смерти Джеймса Максвелла в 1879 году Рэлей стал вторым Кавендишским профессором Кембриджского университета и директором Кавендишской лаборатории; последний пост он занимал до 1884 года. С 1887 г. Рэлей — профессор Королевского института Великобритании (Лондон). В 1885—1896 гг. — секретарь Лондонского королевского общества.
С 1908 по 1919 годы был президентом Кембриджского университета[4][7].
Джон Уильям Стретт, лорд Рэлей умер 30 июня 1919 года в городке Уитэм (англ. Witham), графство Эссекс.
Научная деятельность
Основные работы Рэлея по механике и физике относятся к теории колебаний, одним из основоположников которой он является. Приложения данной теории он находил в самых разных областях — в теории упругости, акустике, оптике, электричестве и других[8].
В акустике Рэлей исследовал колебания струн, стержней, пластинок и др.; исследовал колебания цилиндрической, конической и сферической оболочек. В 1873 году он сформулировал ряд фундаментальных теорем линейной теории колебаний, позволяющих делать качественные заключения о собственных частотах колебательных систем, и разработал количественный метод возмущений для нахождения собственных частот колебательной системы, мало отличающейся от простой системы с известными собственными частотами[4].
Рэлей впервые указал на специфичность нелинейных систем, способных совершать незатухающие колебания без периодического воздействия извне, и на особый характер этих колебаний (названных впоследствии автоколебаниями)[7].
Он рассмотрел также задачу сложения многих колебаний со случайными фазами и получил функцию распределения для результирующей амплитуды — так называемое распределение Рэлея. Метод, разработанный при этом Рэлеем, надолго определил дальнейшее развитие теории случайных процессов.
В 1878 году Рэлей ввёл в механику понятие о функции рассеяния (диссипативная функция Рэлея); данная величина характеризует скорость рассеяния механической энергии[9].
Рэлей внёс значительный вклад в развитие теории упругости. В его труде «Теория звука» (2 тт., 1877—78 гг.; 2-е издание — 1894—96 гг.) приведены и систематизированы полученные им фундаментальные результаты по теории колебаний упругих систем[4]. Для нахождения периода колебаний упругих систем он применил приближённый метод, основанный на использовании потенциальной энергии упругой системы[10].
Крупным открытием Рэлея явилась[10] его имеющая важное значение для сейсмологии теория поверхностных упругих волн (волны Рэлея, 1885—1887 гг.) — упругих возмущений, распространяющихся в твёрдом теле вдоль его свободной границы и затухающих с глубиной. В теории упругих волн Рэлей рассмотрел также вопросы дифракции, рассеяния и поглощения волн, давление звука, исследовал волны конечной амплитуды[8][7].
В «Теория звука» Рэлея впервые отчётливо проявился единый подход к изучению колебательных и волновых процессов, имеющих различную физическую природу. Эти идеи Рэлея легли в основу современной теории колебаний.
Рэлей объяснил различие между групповой и фазовой скоростям, установил соотношения между ними, получил формулу для групповой скорости (формула Рэлея)[7].
В 1883 году Рэлей опубликовал в журнале Nature статью, посвящённую динамическому планированию морских птиц, которые для своего полёта используют разность скорости ветра на разных высотах.
В 1890 году Рэлей произвёл грубую оценку размеров молекул, используя метод масляных плёнок.
В опыте Рэлея использовалась капля оливкового масла, растекавшаяся по поверхности воды. Интересно, что липиды — молекулы жиров, в частности, масла — имеют амфифильную структуру. Это означает, что одна из частей молекулы смачивается водой (т.е. её контакт с водой является энергетически выгодным), а другая — не смачивается. Молекулы масла имеют вид голов с двумя или тремя хвостами.
Растекание продолжается до тех пор, пока поверхность воды не останется покрытой всего лишь одним слоем молекул масла, направленных «головами вниз». В этом случае линейный размер молекул можно оценить как отношение объема исходной капли к предельной площади масляной пленки . Здесь, конечно, неявно использовано предположение о том, что каждая молекула в жидкости занимает определенный удельный объем ( — число молекул), не зависящий от формы, которую приняла жидкость. Хотя в случае мономолекулярного масляного слоя это предположение теряет физический смысл, оно применимо в широком диапазоне условий и, в частности, отражается в несжимаемости жидкости (т.е. независимости ее удельного объема от давления, температуры и формы), имеющей место с высокой точностью.
В опыте Рэлея использовалась капля объёмом 0,9 мм3 , которая была помещена в большой таз с водой и растеклась до пленки площадью 0,55м2.
Рэлей заложил основы теории молекулярного рассеяния света (в частности, ввёл понятие о так называемом рэлеевском рассеянии света). Установив обратную пропорциональность интенсивности рассеянного средой света четвёртой степени длины волны возбуждающего света (закон Рэлея), он объяснил голубой цвет неба. В 1879 году он создал теорию разрешающей способности оптических приборов на основе критерия Рэлея. В 1900 году Рэлей открыл закон распределения энергии излучения в спектре абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры (см. Закон Рэлея — Джинса)[7]. Эта работа имела большое значение для возникновения теории квантов.
Также примерно в это время Рэлей построил теорию локализации человеком направления на источник звука с использованием разности времени прихода звука в правое и левое ухо.
В 1894 году вместе с У. Рамзаем открыл новый химический элемент — аргон и определил его свойства и место в Периодической системе элементов (Нобелевская премия по физике 1904 г. с формулировкой: «за исследование плотности газообразных элементов и открытие в связи с этим аргона»)[11].
С именем Рэлея связаны многие физические понятия, законы и приборы:
- волны Рэлея;
- диск Рэлея;
- интерферометр Рэлея;
- закон намагничивания Рэлея;
- манометр Рэлея;
- распределение Рэлея;
- критерий Рэлея;
- рэлеевское рассеяние;
- закон Рэлея — Джинса.
Память
В 1964 году Международный астрономический союз присвоил имя Рэлея кратеру на видимой стороне Луны.
Научные работы
- «О свете от неба, его поляризации и цвете» 1899 г.
- The Theory of Sound vol. I (London : Macmillan, 1877, 1894). Русский перевод: Стретт Дж. В. (лорд Рэлей). Теория звука. — М.: ГИТТЛ, 1955. — Т. 1. — 503 с.
- The Theory of Sound vol.II (London : Macmillan, 1878, 1896). Русский перевод: Стретт Дж. В. (лорд Рэлей). Теория звука. — М.: ГИТТЛ, 1955. — Т. 2. — 474 с.
Примечания
Литература
Ссылки
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
