Гюстав Гаспар Кориолис

Гюстав Гаспар Кориолис — французский инженер, математик и физик, наиболее известный открытием эффекта, названного его именем (сила Кориолиса). Родился 21 мая 1792 года в Париже, умер 19 сентября 1843 года там же. Основные труды Кориолиса относятся к механике, теории машин и гидравлике; он ввёл в научный обиход понятия «работа» и «кинетическая энергия» в их современном физическом смысле.

Биография

Ранние годы и образование

Гюстав Гаспар Кориолис родился в семье офицера. После смерти отца в 1799 году семья переехала в Нанси, где мальчик получил начальное образование. В 1808 году он поступил в Политехническую школу в Париже, одно из престижнейших учебных заведений Франции того времени. В 1811 году окончил её с отличием, после чего продолжил обучение в Школе мостов и дорог (École des Ponts et Chaussées), готовясь к карьере инженера-строителя.

Профессиональная деятельность

После окончания Школы мостов и дорог Кориолис некоторое время работал инженером в департаменте Вогезы, занимаясь проектированием и строительством дорог. Однако вскоре он вернулся к академической деятельности. В 1816 году стал репетитором в Политехнической школе, а в 1830 году — профессором математики и механики. В 1838 году он занял должность директора по учебной части Политехнической школы, сменив на этом посту знаменитого математика Огюстена Луи Коши.

Параллельно Кориолис преподавал в Центральной школе искусств и мануфактур (École Centrale des Arts et Manufactures) и в Школе мостов и дорог. В 1836 году он был избран членом Парижской академии наук.

Научные достижения

Понятие работы и кинетической энергии

В 1829 году Кориолис опубликовал работу «Расчёт действия машин» (Du calcul de l'effet des machines), в которой впервые ввёл в механику понятие «работа» (travail) как произведение силы на перемещение точки её приложения. Он также дал чёткое определение кинетической энергии (½ mv²) и сформулировал теорему о кинетической энергии: изменение кинетической энергии тела равно работе приложенных к нему сил. Эти понятия стали фундаментальными для всей классической механики и инженерных расчётов.

Сила Кориолиса

Наиболее известное открытие Кориолиса было сделано в 1835 году в мемуаре «Об уравнениях относительного движения систем тел» (Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps). Он показал, что при описании движения тела во вращающейся системе отсчёта (например, на поверхности Земли) необходимо учитывать дополнительную силу инерции, которая действует перпендикулярно скорости тела и оси вращения. Эта сила получила название силы Кориолиса (или ускорения Кориолиса).

Формула силы Кориолиса: F_c = 2m(v × ω), где m — масса тела, v — скорость тела относительно вращающейся системы, ω — угловая скорость вращения системы.

Применение эффекта Кориолиса

Эффект Кориолиса имеет важные практические проявления:

• Метеорология и океанология: определяет направление вращения циклонов и антициклонов (в Северном полушарии циклоны вращаются против часовой стрелки, в Южном — по часовой), а также формирует океанические течения.
• Баллистика: влияет на траекторию снарядов и ракет при стрельбе на большие расстояния.
• Авиация и космонавтика: учитывается при навигации и расчёте траекторий.
• Гидравлика: эффект Кориолиса используется в расходомерах (массовых расходомерах Кориолиса) для измерения расхода жидкости или газа.
• Геофизика: объясняет отклонение падающих тел к востоку от вертикали.

Другие работы

Кориолис также занимался теорией машин, гидравликой и теорией упругости. Он разработал методы расчёта ремённых передач, зубчатых колёс и других механизмов. В 1837 году он опубликовал «Трактат по механике твёрдых тел» (Traité de la mécanique des corps solides), ставший стандартным учебником для инженеров.

Признание и память

• Имя Кориолиса внесено в список 72 имён величайших учёных Франции, выгравированных на Эйфелевой башне.
• В его честь назван кратер на Луне (Кориолис, диаметр около 78 км).
• Ускорение Кориолиса и сила Кориолиса — стандартные термины в физике и механике.
• В 1992 году, к 200-летию со дня рождения, почта Франции выпустила марку с изображением Кориолиса.

Критика и ограничения

Сила Кориолиса является фиктивной (инерциальной) силой, то есть она проявляется только в неинерциальных системах отсчёта. В инерциальных системах (например, в космосе) никакого реального воздействия на тело она не оказывает. На практике эффект Кориолиса для большинства бытовых явлений (например, слив воды в раковине) ничтожно мал и не может быть обнаружен без специального оборудования; распространённое мнение, что направление закручивания воды в воронке определяется силой Кориолиса, является ошибочным.

Источники

• Кориолис Г. Г. «О вращении тел» (мемуар 1835 года).
• Кирпичёв В. Л. «Беседы о механике». — М.: Гостехиздат, 1950.
• Стройк Д. Я. «Краткий очерк истории математики». — М.: Наука, 1984.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика. Том I. Механика». — М.: Физматлит, 2004.
• Энциклопедия «Британника» (статья «Gustave-Gaspard Coriolis»).