Текст книги "100 великих учёных"

Автор книги: Дмитрий Самин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 38 (всего у книги 50 страниц)

МАРИЯ КЮРИ-СКЛОДОВСКА

(1867–1934)

Мария Склодовска родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве. Она была младшей из пяти детей в семье Владислава и Брониславы Склодовских. Мария воспитывалась в семье, где занятия наукой пользовались уважением. Её отец преподавал физику в гимназии, а мать, пока не заболела туберкулёзом, была директором гимназии. Мать Марии умерла, когда девочке было одиннадцать лет.

Девочка блестяще училась и в начальной, и в средней школе. Ещё в юном возрасте она ощутила притягательную силу науки и работала лаборантом в химической лаборатории своего двоюродного брата. Великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев, создатель периодической таблицы химических элементов, был другом её отца. Увидев девочку за работой в лаборатории, он предсказал ей великое будущее, если она продолжит свои занятия химией. Выросшая при русском правлении, Мария принимала активное участие в движении молодых интеллектуалов и антиклерикальных польских националистов. Хотя большую часть своей жизни Кюри провела во Франции, она навсегда сохранила преданность делу борьбы за польскую независимость.

На пути к осуществлению мечты Марии о высшем образовании стояли два препятствия: бедность семьи и запрет на приём женщин в Варшавский университет. Со своей сестрой Броней они разработали план: Мария в течение пяти лет будет работать гувернанткой, чтобы дать возможность сестре окончить медицинский институт, после чего Броня должна взять на себя расходы на высшее образование сестры. Броня получила медицинское образование в Париже и, став врачом, пригласила к себе сестру. Покинув Польшу в 1891 году, Мария поступила на факультет естественных наук Парижского университета (Сорбонны). Именно тогда она стала называть себя Марией Склодовской. В 1893 году, окончив курс первой, Мария получила степень лиценциата по физике Сорбонны (эквивалентную степени магистра). Через год она стала лиценциатом по математике. Но на этот раз Мария была второй в своём классе.

В том же 1894 году в доме одного польского физика-эмигранта Мария встретила Пьера Кюри. Пьер был руководителем лаборатории при Муниципальной школе промышленной физики и химии. К тому времени он провёл важные исследования по физике кристаллов и зависимости магнитных свойств веществ от температуры. Мария занималась исследованием намагниченности стали, и её польский друг надеялся, что Пьер сможет предоставить Марии возможность поработать в своей лаборатории. Сблизившись сначала на почве увлечения физикой, Мария и Пьер через год вступили в брак. Это произошло вскоре после того, как Пьер защитил докторскую диссертацию – 25 июля 1895 года.

«Наше первое жилище, – вспоминает сама Мария, – небольшая, крайне скромная квартира из трёх комнат была на улице Гласьер, недалеко от Школы физики. Основное её достоинство составлял вид на громадный сад. Мебель, – самая необходимая, – состояла из вещей, принадлежавших нашим родителям. Прислуга нам была не по средствам. На меня почти целиком легли заботы о домашнем хозяйстве, но я и так уже привыкла к этому за время студенческой жизни.

Оклад профессора Пьера Кюри составлял шесть тысяч франков в год, и мы не хотели, чтобы он, по крайней мере, на первое время, брал дополнительную работу. Что касается меня, начала готовиться к конкурсному экзамену, необходимому, чтобы занять место в женской школе, и добилась этого в 1896 году.

Наша жизнь была полностью отдана научной работе, и наши дни проходили в лаборатории, где Шютценберже позволил мне работать вместе с мужем…

Мы жили очень дружно, наши интересы во всём совпадали: теоретическая работа, исследования в лаборатории, подготовка к лекциям или к экзаменам. За одиннадцать лет нашей совместной жизни мы почти никогда не разлучались, и поэтому наша переписка за эти годы занимает лишь немного строк. Дни отдыха и каникулы посвящались прогулкам пешком или на велосипедах либо в деревне в окрестностях Парижа, либо на побережье моря или в горах».

Первая их дочь Ирен родилась в сентябре 1897 года. Через три месяца Кюри завершила своё исследование по магнетизму и начала искать тему для диссертации.

В 1896 году Анри Беккерель обнаружил, что урановые соединения испускают глубоко проникающее излучение. В отличие от рентгеновского, открытого в 1895 году Вильгельмом Рентгеном, излучение Беккереля было не результатом возбуждения от внешнего источника энергии, например от света, а внутренним свойством самого урана. Очарованная этим загадочным явлением и перспективой положить начало новой области исследований, Кюри решила заняться изучением этого излучения. Приступив к работе в начале 1898 года, она, прежде всего, попыталась установить, существуют ли другие вещества, кроме соединений урана, которые испускают открытые Беккерелем лучи. Поскольку Беккерель заметил, что в присутствии соединений урана воздух становится электропроводным, Кюри измеряла электропроводность вблизи образцов других веществ, используя несколько точных приборов, разработанных и построенных Пьером Кюри и его братом Жаком.

«Мои опыты показали, – писала позднее Кюри, – что излучение соединений урана можно точно измерять в определённых условиях и что это излучение представляет собой атомарное свойство элемента урана; его интенсивность пропорциональна количеству урана, содержащемуся в том или ином соединении, и не зависит ни от особенностей химического соединения, ни от внешних условий, например, от освещения или температуры.

После этого я начала искать, существуют ли другие элементы, обладающие теми же свойствами. Для этого я проверила все известные в то время элементы, в чистом виде или в виде соединений. Я обнаружила, что среди этих веществ только соединения тория испускали лучи, подобные лучам урана. Излучение тория обладает интенсивностью такого же порядка, как излучение урана, и тоже представляет собой атомарное свойство этого элемента.

Пришлось искать новый термин, чтобы назвать это новое свойство вещества, присущее элементам урану и торию. Я предложила название радиоактивность, и с тех пор оно стало общепринятым; радиоактивные элементы получили название радиоэлементов».

Вскоре Мария совершила гораздо более важное открытие: урановая руда, известная под названием урановой смоляной обманки, испускает более сильное излучение Беккереля, чем соединения урана и тория, и, по крайней мере, в четыре раза более сильное, чем чистый уран. Кюри высказала предположение, что в урановой смоляной обманке содержится ещё не открытый и сильно радиоактивный элемент. Весной 1898 года она сообщила о своей гипотезе и о результатах экспериментов Французской академии наук.

Затем супруги Кюри попытались выделить новый элемент. Пьер отложил свои собственные исследования по физике кристаллов, чтобы помочь Марии. В июле и декабре 1898 года Мария и Пьер Кюри объявили об открытии двух новых элементов, которые были названы ими полонием, в честь Польши – родины Марии, и радием.

Поскольку Кюри не выделили ни один из этих элементов, они не могли представить химикам решающего доказательства их существования. И супруги Кюри приступили к весьма нелёгкой задаче – экстрагированию двух новых элементов из урановой смоляной обманки. Чтобы экстрагировать их в измеримых количествах, исследователям необходимо было переработать огромные количества руды. В течение последующих четырёх лет Кюри работали в примитивных и вредных для здоровья условиях.

В этот трудный, но увлекательный период жалованья Пьера не хватало, чтобы содержать семью. Несмотря на то что интенсивные исследования и маленький ребёнок занимали почти всё её время, Мария в 1900 году начала преподавать физику в Севре, в учебном заведении, готовившем учителей средней школы. Овдовевший отец Пьера переехал к Кюри и помогал присматривать за Ирен.

В сентябре 1902 года Кюри объявили о том, что им удалось выделить одну десятую грамма хлорида радия из нескольких тонн урановой смоляной обманки. Выделить полоний им не удалось, так как тот оказался продуктом распада радия. Анализируя соединение, Мария установила, что атомная масса радия равна 225. Соль радия испускала голубоватое свечение и тепло. Это фантастическое вещество привлекло внимание всего мира. Признание и награды за его открытие пришли к супругам Кюри почти сразу.

Завершив исследования, Мария, наконец, написала свою докторскую диссертацию. Работа называлась «Исследования радиоактивных веществ» и была представлена в Сорбонне в июне 1903 года. По мнению комитета, присудившего Кюри научную степень, её работа явилась величайшим вкладом, когда-либо внесённым в науку докторской диссертацией.

В декабре 1903 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике Беккерелю и супругам Кюри. Мария и Пьер Кюри получили половину награды «в знак признания… их совместных исследований явлений радиации, открытых профессором Анри Беккерелем». Кюри стала первой женщиной, удостоенной Нобелевской премии. И Мария, и Пьер Кюри были больны и не могли ехать в Стокгольм на церемонию вручения премии. Они получили её летом следующего года.

«Присуждение Нобелевской премии, – писала Кюри, – было для нас важным событием ввиду престижа, связанного с этими премиями, учреждёнными по тем временам ещё совсем недавно (1901). С точки зрения материальной, половина этой премии представляла собой серьёзную сумму. Отныне Пьер Кюри мог передать преподавание в Школе физики Полю Ланжевену, своему бывшему ученику, физику с большой эрудицией. Кроме того, он пригласил препаратора лично для своей работы.

Вместе с тем известность, которую принесло это счастливое событие, оказалась тяжёлым грузом для человека, не подготовленного и непривычного к ней. Это была лавина визитов, писем, просьб о лекциях и о статьях – постоянных причин потери времени, волнения и усталости».

Ещё до того, как супруги Кюри завершили свои исследования, их работы побудили других физиков также заняться изучением радиоактивности. В 1903 году Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди выдвинули теорию, согласно которой радиоактивные излучения возникают при распаде атомных ядер. При распаде (испускании некоторых частиц, образующих ядро) радиоактивные ядра претерпевают трансмутацию – превращение в ядра других элементов. Кюри не без колебаний приняла эту теорию, так как распад урана, тория и радия происходит настолько медленно, что в своих экспериментах ей не приходилось его наблюдать. Правда, имелись данные о распаде полония, но поведение этого элемента Кюри считала нетипичным. Всё же в 1906 году она согласилась принять теорию Резерфорда—Содди как наиболее правдоподобное объяснение радиоактивности. Именно Мария ввела термины распад и трансмутация.

Супруги Кюри отметили действие радия на человеческий организм (как и Анри Беккерель, они получили ожоги, прежде чем поняли опасность обращения с радиоактивными веществами) и высказали предположение, что радий может быть использован для лечения опухолей. Терапевтическое значение радия было признано почти сразу, и цены на радиевые источники резко поднялись. Однако Кюри отказались патентовать экстракционный процесс и использовать результаты своих исследований в любых коммерческих целях. По их мнению, извлечение коммерческих выгод не соответствовало духу науки, идее свободного доступа к знанию. Несмотря на это, финансовое положение супругов Кюри улучшилось, так как Нобелевская премия и другие награды принесли им определённый достаток. В октябре 1904 года Пьер был назначен профессором физики в Сорбонне, а месяц спустя Мария стала официально именоваться заведующей его лабораторией. В декабре у них родилась вторая дочь, Ева, которая впоследствии стала концертирующей пианисткой и биографом своей матери.

Мария черпала силы в признании её научных достижений, любимой работе, любви и поддержке Пьера. Как она сама признавалась: «Я обрела в браке всё, о чём могла мечтать в момент заключения нашего союза, и даже больше того». Но в 19 апреля 1906 года Пьер погиб в уличной катастрофе. Лишившись ближайшего друга и товарища по работе, Мария ушла в себя. Однако она нашла в себе силы продолжать работу. В мае, после того как Мария отказалась от пенсии, назначенной министерством общественного образования, факультетский совет Сорбонны назначил её на кафедру физики, которую прежде возглавлял её муж. Когда через шесть месяцев Кюри прочитала свою первую лекцию, она стала первой женщиной-преподавателем Сорбонны.

После смерти мужа она оставалась нежной и преданной матерью для двух своих дочерей. Одна из дочерей, Ирен, ставшая известным физиком, вспоминает:

«Моя мать очень любила проводить свободное время в загородных прогулках или работать в саду, а во время отпуска она предпочитала горы или море. Мария Кюри увлекалась физическими упражнениями и всегда находила повод, чтобы заняться ими и заставить нас с сестрой ими заняться. Она любила природу и умела наслаждаться ею, но только не созерцательно. В саду она занималась цветами; в горах любила ходить, останавливаясь, конечно, иногда, чтобы отдохнуть и полюбоваться пейзажем…

Мать не вела светской жизни. Она бывала только в домах немногих друзей, да и то достаточно редко. Когда ей приходилось присутствовать на каких-нибудь приёмах или официальных торжествах, это всегда было для неё утомительно и скучно. Но она нашла способ использовать это время наилучшим образом, завязывая со своими соседями по столу беседы об их специальности. Развивая эту тему, любой из них почти всегда мог рассказать что-нибудь интересное.

Тот факт, что мать не искала ни светских связей, ни связей с людьми влиятельными, иногда считают свидетельством её скромности. Я полагаю, что это скорее как раз обратное: она очень верно оценивала своё значение и ей нисколько не льстили встречи с титулованными особами или с министрами. Мне кажется, она была очень довольна, когда ей довелось познакомиться с Редьярдом Киплингом, а то, что её представили королеве Румынии, не произвело на неё никакого впечатления».

В лаборатории Кюри сосредоточила свои усилия на выделении чистого металлического радия, а не его соединений. В 1910 году ей удалось в сотрудничестве с Андре Дебьерном получить это вещество и тем самым завершить цикл исследований, начатый 12 лет назад. Она убедительно доказала, что радий является химическим элементом. Кюри разработала метод измерения радиоактивных эманаций и приготовила для Международного бюро мер и весов первый международный эталон радия – чистый образец хлорида радия, с которым надлежало сравнивать все остальные источники.

В конце 1910 году по настоянию многих учёных кандидатура Кюри была выдвинута на выборах в одно из наиболее престижных научных обществ – Французскую академию наук. Пьер Кюри был избран в неё лишь за год до своей смерти. За всю историю Французской академии наук ни одна женщина не была её членом, поэтому выдвижение кандидатуры Кюри привело к жестокой схватке между сторонниками и противниками этого шага. После нескольких месяцев оскорбительной полемики в январе 1911 года кандидатура Кюри была отвергнута на выборах большинством в один голос.

Через несколько месяцев Шведская королевская академия наук присудила Кюри Нобелевскую премию по химии «за выдающиеся заслуги в развитии химии: открытие элементов радия и полония, выделение радия и изучение природы и соединений этого замечательного элемента». Кюри стала первым дважды лауреатом Нобелевской премии. Представляя нового лауреата, Э. В. Дальгрен отметил, что «исследование радия привело в последние годы к рождению новой области науки – радиологии, уже завладевшей собственными институтами и журналами».

Мария затратила немало труда, чтобы добиться достойной лаборатории для развития новой науки о радиоактивности. Незадолго до начала Первой мировой войны Парижский университет и Пастеровский институт учредили Радиевый институт для исследований радиоактивности. Кюри была назначена директором отделения фундаментальных исследований и медицинского применения радиоактивности. Во время войны она обучала военных медиков применению радиологии, например, обнаружению с помощью рентгеновских лучей шрапнели в теле раненого. В прифронтовой зоне Кюри помогала создавать радиологические установки, снабжать пункты первой помощи переносными рентгеновскими аппаратами. Накопленный опыт она обобщила в монографии «Радиология и война» в 1920 году.

После войны Кюри возвратилась в Радиевый институт. В последние годы своей жизни она руководила работами студентов и активно способствовала применению радиологии в медицине. Она написала биографию Пьера Кюри, которая была опубликована в 1923 году. Периодически Кюри совершала поездки в Польшу, которая в конце войны обрела независимость. Там она консультировала польских исследователей. В 1921 году вместе с дочерьми Кюри посетила Соединённые Штаты, чтобы принять в дар один грамм радия для продолжения опытов. Во время своего второго визита в США (1929) она получила пожертвование, на которое приобрела ещё грамм радия для терапевтического использования в одном из варшавских госпиталей. Но вследствие многолетней работы с радием её здоровье стало заметно ухудшаться.

Мария Кюри скончалась 4 июля 1934 года от лейкемии в небольшой больнице местечка Санселлемоз во французских Альпах.

СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧАПЛЫГИН

(1869–1942)

Он был уже взрослым человеком, когда авиация только делала свои первые робкие шаги. Вместе с другим великим русским учёным Жуковским Чаплыгин стоял у истоков авиационной науки, создавал теоретические основы воздухоплавания. Он один из основоположников современной аэрогидродинамики.

Сергей Алексеевич Чаплыгин родился 24 марта (5 апреля) 1869 года в Рязанской губернии в городе Раненбурге. Отец будущего учёного, Алексей Тимофеевич, служил продавцом в лавке, а мать, Анна Петровна, красивая, добрая женщина, вела домашнее хозяйство. Родители жили дружно, но семейное счастье продолжалось недолго. Когда Серёже было два года, отец умер от холеры, свирепствовавшей тогда в тех местах.

Через некоторое время, по настоянию родителей, Анна Петровна вышла вторично замуж и переехала вместе с сыном в Воронеж, где на кожевенной фабрике работал её новый муж Семён Николаевич Давыдов.

Серёжа рос вдумчивым, не по летам серьёзным мальчиком. Он рано научился читать и считать, с удовольствием помогал матери по хозяйству. Отчим к пасынку относился хорошо. Узнав о том, что мать хочет дать сыну образование, он привёл в дом знакомого семинариста, который взялся подготовить Серёжу к поступлению в гимназию, и мальчик выдержал вступительные экзамены. Помогли выдающиеся способности и блестящая память.

Давыдов оказался плохим семьянином и оставил Анну Петровну одну с пятью детьми на руках. На старшего Сергея легли дополнительные заботы. После занятий в гимназии он бежал домой помогать матери по хозяйству, а затем отправлялся давать уроки. Сергей учился на отлично, все знали о его необычайных способностях и приглашали заниматься со своими отстающими детьми. Сергей учил сыновей зажиточных горожан математике, немецкому и греческому языкам, латыни. В тринадцать лет он стал кормильцем семьи.

Окончив в 1886 году гимназию с золотой медалью, Сергей поступает на физико-математический факультет Московского университета. Он прилежно занимается, не пропускает ни одной лекции, хотя ему по-прежнему приходится давать частные уроки, чтобы заработать себе на жизнь. Большую часть денег он посылает матери в Воронеж. Сергей живёт впроголодь, часто у него нет даже трёх копеек на конку, и на уроки из конца в конец Москвы приходится добираться пешком, но он не жалуется, а настойчиво овладевает науками. Лучше всего он, конечно, знал свои любимые предметы – математику, физику, астрономию, механику. Их ему читали такие известные учёные, как Б. К. Млодзеевский, А. Г. Столетов, Ф. А. Бредихин, Н. Е. Жуковский. Поступая в университет, Сергей думал специализироваться по чистой математике, но под влиянием лекций профессора Жуковского увлёкся механикой.

Николай Егорович Жуковский сразу обратил внимание на блестящие способности Сергея Чаплыгина, с которым он встречался на лекциях. По совету любимого профессора Чаплыгин начинает свой первый научный труд по гидродинамике «О движении тяжёлых тел в несжимаемой жидкости». Это исследование, представленное в 1890 году Чаплыгиным в качестве дипломной работы, было награждено университетом золотой медалью. По предложению Жуковского Сергей Чаплыгин был оставлен в университете для подготовки к профессорскому званию. Ему была назначена стипендия в размере пятидесяти рублей в месяц. Так первый научный труд Чаплыгина определил его дальнейшую жизнь.

Работая над диссертацией, Чаплыгин одновременно начинает вести преподавательскую работу. Вначале с 1893 года в качестве учителя физики в одном из средних учебных заведений Москвы, а с 1894 года он становится приват-доцентом Московского университета.

Происходят изменения и в личной жизни Сергея Алексеевича. Осенью 1894 года он женится на своей квартирной хозяйке Екатерине Владимировне Арно. 3 августа 1897 года у них родилась дочь Ольга.

Вторая научная работа молодого учёного «О некоторых случаях движения твёрдого тела в жидкости», опубликованная в 1897 году, была защищена им в следующем году в качестве магистерской диссертации. В ней он дал геометрическую интерпретацию законов движения твёрдых тел в жидкости, найденных ранее в аналитической форме некоторыми русскими и иностранными исследователями. Жуковский оценил работу Чаплыгина как классическую.

Много внимания Сергей Алексеевич уделял работе со студентами. В разное время он преподавал во многих московских высших учебных заведениях: университете, высшем техническом, инженерном и коммерческом училищах, лесном и межевом институтах, на высших женских курсах, организатором и директором которых он был в 1905–1918 годах. Им написаны учебники «Механика системы» (1905–1907) и «Пропедевтический курс механики» (1915) для втузов и естественных факультетов университетов.

Чаплыгин продолжает вести большую научную работу. Его интересует движение твёрдых тел по шероховатой поверхности. В результате появляются два исследования: «О движении тяжёлого тела вращения на горизонтальной плоскости» и «О некотором возможном обобщении теоремы площадей с применением к задаче о катании шаров», за которые в 1900 году Сергей Алексеевич Чаплыгин награждается Петербургской академией наук почётной золотой медалью.

На рубеже веков Чаплыгин начинает заниматься струйными течениями в несжимаемых, а затем и в сжимаемых жидкостях. В 1895 году он делает доклад «О движении газа с образованием разрыва» на заседании Московского математического общества, а в 1903 году защищает докторскую диссертацию «О газовых струях», в которой был предложен метод исследований струйных движений газа при любых дозвуковых скоростях.

Коротко суть работы «О газовых струях» в следующем. Когда тело движется в потоке воздуха, то оно испытывает аэродинамическое сопротивление. Это сопротивление тем больше, чем больше скорость перемещения. Чаплыгин показал, что для скоростей движения, не превышающих 100 м/с, аэродинамическое сопротивление пропорционально квадрату скорости. Если скорость приближается к скорости звука (в воздухе она примерно равна 331 м/с), то для нахождения величины лобового сопротивления необходимо решить ещё одно дифференциальное уравнение, которое теперь называется уравнением Чаплыгина. Эффективность предложенного учёным способа расчёта плоских газовых потоков и сделала эту работу наиболее выдающимся исследованием по газовой динамике за полвека её развития.

Эта работа стоит особняком в творчестве учёного, и судьба её необычна. Она долго оставалась непонятой и не оценённой современниками. В то время, когда авиация делала свои начальные шаги, учёный писал о движении со скоростями, близкими к скорости звука. Кроме того, работа была написана кратко, сжато, и понять её было трудно.

Но недаром говорят, что нет ничего более практичного, чем хорошая теория. В 1935 году в Риме на конференции по большим скоростям в авиации иностранные учёные познакомились с работой Чаплыгина и назвали её лучшим по точности, оригинальности и изяществу метода исследованием в области газовой динамики. Через сорок лет после появления работы Чаплыгина самолёты стали летать со скоростями, близкими к скорости звука. Для инженеров, конструкторов и разработчиков авиационной техники труд учёного стал настольным справочником.

Вскоре после защиты докторской диссертации Чаплыгин был избран профессором Московского университета.

В 1910 году учёный выступил на заседании Московского математического общества с докладом, в котором показал, как можно подсчитать циркуляцию при обтекании крыла потоком воздуха.

Таким образом, если Жуковский сделал первый фундаментальный шаг в объяснении возникновения подъёмной силы крыла самолёта, то Чаплыгин сделал второй фундаментальный шаг, показав, как можно вычислить реальную подъёмную силу крыла самолёта.

В 1911 году в Московском университете произошли студенческие волнения. Они были жестоко подавлены тогдашним министром просвещения Кассо. В знак протеста против расправы над студентами из университета ушли все лучшие профессора и преподаватели, в том числе и Чаплыгин.

После Великой Октябрьской социалистической революции Сергей Алексеевич вернулся в университет. Было трудное время. Трамваи не ходили, и на занятия профессора и студенты добирались пешком. Здание университета не отапливалось, и в аудиториях все сидели в пальто и шапках. Но, несмотря на эти трудности, жизнь университета шла своим обычным порядком. Преподаватели в точно назначенное время входили в аудитории и начинали занятия с немногочисленными тогда студентами.

Помимо преподавания в университете Сергей Алексеевич продолжает заниматься исследовательской работой. С 1918 году он участвует в работе Комиссии особых артиллерийских опытов при Главном артиллерийском управлении и в работе Научно-экспериментального института путей сообщения.

Стране Советов нужны самолёты, и в 1918 году в Москве организуется Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Директором назначают Жуковского, который привлекает к работе Чаплыгина. Николай Егорович поручает ему руководить филиалом ЦАГИ в Кучино под Москвой. К сожалению, их сотрудничество в ЦАГИ продолжалось недолго. В 1921 году «отец русской авиации» умирает, и главным научным руководителем и председателем коллегии ЦАГИ становится Чаплыгин.

Здание Аэрогидродинамического института ещё не закончено, и Сергей Алексеевич много времени проводит на стройке. Под его руководством создаются различные лаборатории для испытаний, конструкторское бюро и даже опытный завод, на котором можно было строить самолёты. Одновременно он ведёт большую научную работу. В это время им написаны исследования: «К общей теории крыла моноплана» (1920), «Схематическая теория разрезного крыла» (1921), «О влиянии плоскопараллельного потока воздуха на движущееся в нём цилиндрическое крыло» (1926).

Ещё в 1914 году Чаплыгин выполнил исследование «Теория решётчатого крыла», которое также на десятилетия опередило своё время. В нём Чаплыгин пришёл к парадоксальному на первый взгляд выводу: крыло в виде жалюзи обладает большей подъёмной силой и более устойчиво в полёте, чем сплошное крыло такого же размера.

Это был существенный вклад в теорию крыла аэроплана. Кроме того, работа Чаплыгина имела также значение для теории гидравлических машин. Президент Академии наук СССР М. В. Келдыш так оценивал её:

«„Теория решётчатого крыла“, в которой заложены основы теории обтекания решёток циркуляционным потоком, является базой для расчёта винтов, турбин и других гидравлических машин».

В работе «Схематическая теория разрезного крыла» (1921) он продолжает размышлять над проблемой составного крыла и указывает, как можно улучшить аэродинамические качества крыла, увеличить его подъёмную силу. Если крыло в форме дуги окружности разрезать на две части и раздвинуть их надлежащим образом, то подъёмная сила такого разрезного крыла будет больше.

В 1931 году Чаплыгин вместе со своим учеником Н. С. Аржаниковым написал работу «К теории открылка и закрылка», как бы завершающую эту тему. В чём была ценность этих работ? Чем меньше скорость самолёта, тем легче ему совершить посадку, тем она безопаснее. Отсюда желание – летать с большой скоростью, а садиться с малой. Но небольшая скорость – это малая подъёмная сила. При недостаточной же подъёмной силе самолёт может упасть на землю и разбиться. Следовательно, надо увеличивать скорость, чтобы самолёт держался в воздухе. Получается замкнутый круг. Работы Чаплыгина помогли разорвать этот круг.

Крылья современных самолётов имеют предкрылки и закрылки. Выпуская их, лётчик увеличивает подъёмную силу на 20, 50 и более процентов, что позволяет ему садиться на полосу с меньшей скоростью.

Интересно, что эта работа делалась тогда, когда ни один самолёт не имел составных крыльев. В них не было необходимости, так как посадочные скорости были невелики. С ростом скорости полёта стала расти и посадочная скорость. Теперь все современные самолёты имеют крылья с управляемыми закрылками и щитками, которые позволяют, не уменьшая скорости полёта, уменьшать посадочную скорость самолёта. Сергей Алексеевич в своих трудах, как всегда, шёл впереди современной ему техники.

Решётчатые крылья сегодня установлены на космическом корабле «Союз» (это элемент аварийного спасения кабины с космонавтами), на судах с подводными крыльями, на морских кораблях для стабилизации их во время качки. Теперь составные и решётчатые крылья – это обычный элемент многих транспортных систем.

Научная деятельность Чаплыгина выдвинула его на одно из первых мест среди учёных Советского Союза, и в 1926 году он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а 12 января 1929 года – академиком.

Огромная административная работа, которую вёл Чаплыгин как директор-начальник ЦАГИ, отнимала много сил, и в 1931 году учёный попросил освободить его от занимаемой должности по состоянию здоровья. Просьба была удовлетворена, но работу в ЦАГИ Чаплыгин продолжал до последних дней жизни. Он был начальником общетеоретической группы ЦАГИ, а с 1940 года возглавлял аэродинамическую лабораторию, которая теперь носит его имя. В любую погоду, несмотря на старческие недомогания, в положенное время он приходил в лабораторию, показывая своим молодым коллегам пример истинного служения науке. Сотрудники отмечали его справедливость, строгость и доброту.

В 1933 году Чаплыгин был награждён орденом Ленина, а в феврале 1941 года ему было присвоено высокое звание Героя Социалистического Труда.