Sir George Stokes, primer baronet - Sir George Stokes, 1st Baronet


George Stokes

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Nació
George Gabriel Stokes

( 08/13/1819 )13 de agosto de 1819
Murió 1 de febrero de 1903 (01/02/1903)(83 años)
Cambridge , Inglaterra
alma mater Pembroke College, Cambridge
Conocido por Teorema
de Stokes Ecuaciones de Navier-Stokes
Ley de
Stokes Ley de atenuación del sonido de
Stokes Desplazamiento de
Stokes Número de
Stokes Problema de
Stokes Relaciones de
Stokes Fenómeno de
Stokes Parámetros de
Stokes Onda de Stokes
Premios Premio Smith (1841)
Medalla Rumford (1852)
Medalla Copley (1893)
Carrera científica
Los campos Matemáticas y física
Instituciones Pembroke College, Cambridge
Asesores académicos William Hopkins
Estudiantes notables Lord Rayleigh
Horace Lamb
Firma
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Sir George Gabriel Stokes, primer baronet , PRS ( / s t k s / ; 13 de agosto de 1819 - 1 de febrero de 1903) fue un físico y matemático inglés irlandés . Nacido en el condado de Sligo , Irlanda, Stokes pasó toda su carrera en la Universidad de Cambridge , donde fue profesor lucasiano de matemáticas desde 1849 hasta su muerte en 1903. Como físico, Stokes hizo contribuciones fundamentales a la mecánica de fluidos , incluido el Navier –Ecuaciones de Stokes y óptica física , con notables trabajos sobre polarización y fluorescencia . Como matemático, popularizó el "teorema de Stokes " en cálculo vectorial y contribuyó a la teoría de las expansiones asintóticas . Stokes, junto con Felix Hoppe-Seyler , primero demostró la función de transporte de oxígeno de la hemoglobina y mostró cambios de color producidos por la aireación de las soluciones de hemoglobina.

Stokes se hizo una baronet- (caballero hereditaria) por el monarca británico en 1889. En 1893 recibió la Real Sociedad 's medalla Copley , entonces el premio científico de prestigio más en el mundo, 'por sus investigaciones y descubrimientos en la ciencia física'. Representó a la Universidad de Cambridge en la Cámara de los Comunes británica de 1887 a 1892, como conservador . Stokes también se desempeñó como presidente de la Royal Society desde 1885 hasta 1890 y fue brevemente el maestro de Pembroke College, Cambridge .

Biografía

George Stokes era el hijo menor del reverendo Gabriel Stokes (fallecido en 1834), un clérigo de la Iglesia de Irlanda que se desempeñó como rector de Skreen , en el condado de Sligo, y su esposa Elizabeth Haughton, hija del reverendo John Haughton. La vida hogareña de Stokes estuvo fuertemente influenciada por el protestantismo evangélico de su padre : tres de sus hermanos entraron en la Iglesia, de los cuales el más eminente fue John Whitley Stokes , archidiácono de Armagh . John y George siempre fueron cercanos, y George vivió con John mientras asistía a la escuela en Dublín. De toda su familia, era el más cercano a su hermana Elizabeth. Su madre era recordada en la familia como "hermosa pero muy severa". Después de asistir a escuelas en Skreen, Dublín y Bristol , en 1837 Stokes se matriculó en Pembroke College, Cambridge . Cuatro años más tarde se graduó como vaquero senior y primer premio de Smith , logros que le valieron la elección de un miembro de la universidad. De acuerdo con los estatutos de la universidad, Stokes tuvo que renunciar a la beca cuando se casó en 1857. Doce años más tarde, en virtud de los nuevos estatutos, fue reelegido para la beca y retuvo ese lugar hasta 1902, cuando el día antes de su 83a. cumpleaños, fue elegido maestro de la universidad. Stokes no ocupó ese cargo por mucho tiempo, ya que murió en Cambridge el 1 de febrero del año siguiente y fue enterrado en el cementerio de Mill Road . También hay un monumento a él en el pasillo norte de la Abadía de Westminster .

Carrera profesional

En 1849, Stokes fue designado para la cátedra Lucasiana de matemáticas en Cambridge, cargo que ocupó hasta su muerte en 1903. El 1 de junio de 1899, se celebró allí el jubileo de este nombramiento en una ceremonia a la que asistieron numerosos delegados de Europa. y universidades americanas. El rector de la universidad entregó a Stokes una medalla de oro conmemorativa y los bustos de mármol de Stokes de Hamo Thornycroft fueron ofrecidos formalmente al Pembroke College ya la universidad por Lord Kelvin . Stokes, que fue nombrado baronet en 1889, sirvió además a su universidad representándola en el parlamento de 1887 a 1892 como uno de los dos miembros de la circunscripción de la Universidad de Cambridge . Durante una parte de este período (1885-1890) también fue presidente de la Royal Society , de la que había sido uno de los secretarios desde 1854. Como también era profesor lucasiano en ese momento, Stokes fue la primera persona en ocupar todas las tres posiciones simultáneamente; Newton sostuvo los mismos tres, aunque no al mismo tiempo.

Stokes era el más viejo del trío de filósofos naturales, siendo los otros dos James Clerk Maxwell y Lord Kelvin , quienes contribuyeron especialmente a la fama de la escuela de física matemática de Cambridge a mediados del siglo XIX. El trabajo original de Stokes comenzó alrededor de 1840 y, a partir de esa fecha, la gran extensión de su producción fue menos notable solo que la brillantez de su calidad. El catálogo de artículos científicos de la Royal Society da los títulos de más de un centenar de memorias que él publicó hasta 1883. Algunas de ellas son sólo notas breves, otras son declaraciones breves, controvertidas o correctivas, pero muchas son tratados largos y elaborados.

Contribuciones a la ciencia

Stokes a una edad posterior

En alcance, su obra cubrió una amplia gama de indagación física pero, como señaló Marie Alfred Cornu en su Rede Lecture de 1899, la mayor parte de ella se ocupó de las ondas y las transformaciones que se les imponían durante su paso por diversos medios.

Dinámica de fluidos

Sus primeros artículos publicados, que aparecieron en 1842 y 1843, fueron sobre el movimiento constante de fluidos incompresibles y algunos casos de movimiento de fluidos. Estos fueron seguidos en 1845 por uno sobre la fricción de los fluidos en movimiento y el equilibrio y movimiento de los sólidos elásticos, y en 1850 por otro sobre los efectos de la fricción interna de los fluidos sobre el movimiento de los péndulos . A la teoría del sonido hizo varias contribuciones, incluida una discusión sobre el efecto del viento en la intensidad del sonido y una explicación de cómo la intensidad está influenciada por la naturaleza del gas en el que se produce el sonido. Estas investigaciones juntas pusieron la ciencia de la dinámica de fluidos en una nueva base y proporcionaron una clave no solo para la explicación de muchos fenómenos naturales, como la suspensión de nubes en el aire y el hundimiento de ondas y ondas en el agua, sino también para la solución de problemas prácticos, como el flujo de agua en ríos y canales, y la resistencia de la piel de los barcos.

Flujo progresivo

Fluir arrastrándose más allá de una esfera: líneas de corriente y fuerzas.

Su trabajo sobre el movimiento de los fluidos y la viscosidad lo llevó a calcular la velocidad terminal de una esfera que cae en un medio viscoso. Esto se conoció como la ley de Stokes . Derivó una expresión para la fuerza de fricción (también llamada fuerza de arrastre ) ejercida sobre objetos esféricos con números de Reynolds muy pequeños .

Su trabajo es la base del viscosímetro de esfera descendente , en el que el fluido está estacionario en un tubo de vidrio vertical. Se permite que una esfera de tamaño y densidad conocidos descienda a través del líquido. Si se selecciona correctamente, alcanza la velocidad terminal , que se puede medir por el tiempo que tarda en pasar dos marcas en el tubo. La detección electrónica se puede utilizar para fluidos opacos. Conociendo la velocidad terminal, el tamaño y la densidad de la esfera y la densidad del líquido, se puede utilizar la ley de Stokes para calcular la viscosidad del fluido. En el experimento clásico se utiliza normalmente una serie de rodamientos de bolas de acero de diferente diámetro para mejorar la precisión del cálculo. El experimento de la escuela utiliza glicerina como fluido y la técnica se utiliza industrialmente para comprobar la viscosidad de los fluidos utilizados en los procesos.

La misma teoría explica por qué pequeñas gotas de agua (o cristales de hielo) pueden permanecer suspendidas en el aire (como nubes) hasta que alcanzan un tamaño crítico y comienzan a caer como lluvia (o nieve y granizo ). Se puede hacer un uso similar de la ecuación en el asentamiento de partículas finas en agua u otros fluidos.

La unidad de viscosidad cinemática CGS fue nombrada " stokes " en reconocimiento a su trabajo.

Luz

Quizás sus investigaciones más conocidas sean las que se ocupan de la teoría ondulatoria de la luz. Su trabajo óptico comenzó en un período temprano de su carrera científica. Sus primeros artículos sobre la aberración de la luz aparecieron en 1845 y 1846, y fueron seguidos en 1848 por uno sobre la teoría de ciertas bandas vistas en el espectro .

En 1849 publicó un extenso artículo sobre la teoría dinámica de la difracción , en el que mostraba que el plano de polarización debe ser perpendicular a la dirección de propagación. Dos años más tarde habló sobre los colores de los platos gruesos.

Stokes también investigó la descripción matemática de los arco iris de George Airy . Los hallazgos de Airy involucraron una integral que fue incómoda de evaluar. Stokes expresó la integral como una serie divergente , que se entendió poco. Sin embargo, al truncar inteligentemente la serie (es decir, ignorar todos excepto los primeros términos de la serie), Stokes obtuvo una aproximación precisa a la integral que era mucho más fácil de evaluar que la integral misma. La investigación de Stokes sobre series asintóticas condujo a conocimientos fundamentales sobre tales series.

Fluorescencia

Espato flúor

En 1852, en su famoso artículo sobre el cambio de longitud de onda de la luz, describió el fenómeno de la fluorescencia , como lo exhiben el espato flúor y el vidrio de uranio , materiales que consideraba que tenían el poder de convertir la radiación ultravioleta invisible en radiación de longitudes de onda más largas. que son visibles. El turno de Stokes , que describe esta conversión, se nombra en honor de Stokes. Se mostró un modelo mecánico que ilustra el principio dinámico de la explicación de Stokes. La consecuencia de esto, la línea de Stokes , es la base de la dispersión Raman . En 1883, durante una conferencia en la Royal Institution , Lord Kelvin dijo que había escuchado un relato de Stokes muchos años antes, y le había rogado repetidamente pero en vano que lo publicara.

Polarización

Un cristal de calcita colocado sobre un papel con algunas letras que muestran la doble refracción.

En el mismo año 1852 apareció el artículo sobre la composición y resolución de corrientes de luz polarizada de diferentes fuentes, y en 1853 una investigación sobre la reflexión metálica que exhiben determinadas sustancias no metálicas. La investigación fue para resaltar el fenómeno de la polarización de la luz . Hacia 1860 se dedicó a investigar la intensidad de la luz reflejada o transmitida a través de una pila de platos; y en 1862 preparó para la Asociación Británica un valioso informe sobre la doble refracción , un fenómeno en el que ciertos cristales muestran diferentes índices de refracción a lo largo de diferentes ejes. Quizás el cristal más conocido es el espato de Islandia , cristales transparentes de calcita .

Un artículo sobre el espectro largo de la luz eléctrica lleva la misma fecha y fue seguido por una investigación sobre el espectro de absorción de la sangre.

Análisis químico

La identificación química de los cuerpos orgánicos por sus propiedades ópticas se trató en 1864; y posteriormente, en conjunto con el Rev. William Vernon Harcourt , investigó la relación entre la composición química y las propiedades ópticas de varios vidrios, en referencia a las condiciones de transparencia y mejora de los telescopios acromáticos . Un artículo aún posterior relacionado con la construcción de instrumentos ópticos discutió los límites teóricos de la apertura de los objetivos del microscopio.

Otro trabajo

Radiómetro de Crookes

En otros departamentos de física se puede mencionar su trabajo sobre la conducción de calor en cristales (1851) y sus investigaciones en relación con el radiómetro de Crookes ; su explicación del borde de luz que se observa con frecuencia en fotografías justo fuera del contorno de un cuerpo oscuro visto contra el cielo (1882); y, aún más tarde, su teoría de los rayos X , que sugirió que podrían ser ondas transversales viajando como innumerables ondas solitarias, no en trenes regulares. Dos largos artículos publicados en 1849, uno sobre atracciones y el teorema de Clairaut , y el otro sobre la variación de la gravedad en la superficie de la tierra (1849), la fórmula de gravedad de Stokes, también exigen atención, al igual que sus memorias matemáticas sobre los valores críticos. de sumas de series periódicas (1847) y sobre el cálculo numérico de una clase de integrales definidas y series infinitas (1850) y su discusión de una ecuación diferencial relacionada con la rotura de puentes ferroviarios (1849), investigación relacionada con su evidencia dada a la Comisión Real sobre el Uso del Hierro en las Estructuras Ferroviarias después del desastre del Puente Dee de 1847.

Investigación inédita

Muchos de los descubrimientos de Stokes no se publicaron o solo se mencionaron en el curso de sus conferencias orales. Un ejemplo de ello es su trabajo en la teoría de la espectroscopia .

Lord Kelvin

En su discurso presidencial a la Asociación Británica en 1871, Lord Kelvin afirmó su creencia de que la aplicación del análisis prismático de la luz a la química solar y estelar nunca había sido sugerida directa o indirectamente por nadie más cuando Stokes se lo enseñó en la Universidad de Cambridge. tiempo antes del verano de 1852, y expuso las conclusiones, teóricas y prácticas, que aprendió de Stokes en ese momento, y que luego dio regularmente en sus conferencias públicas en Glasgow .

Kirchhoff

Estas afirmaciones, que contienen la base física sobre la que se basa la espectroscopia y la forma en que se aplica a la identificación de sustancias existentes en el sol y las estrellas, dan la impresión de que Stokes se anticipó a Kirchhoff en al menos siete u ocho años. Stokes, sin embargo, en una carta publicada algunos años después de la entrega de esta dirección, declaró que no había dado un paso esencial en el argumento: no percibir que la emisión de luz de longitud de onda definida no solo permitía, sino que necesitaba, la absorción de luz. de la misma longitud de onda. Modestamente negó "cualquier parte del admirable descubrimiento de Kirchhoff", y agregó que sentía que algunos de sus amigos habían sido demasiado entusiastas en su causa. Debe decirse, sin embargo, que los hombres de ciencia ingleses no han aceptado este descargo de responsabilidad en toda su plenitud y aún atribuyen a Stokes el mérito de haber enunciado primero los principios fundamentales de la espectroscopia .

También de otra manera, Stokes hizo mucho por el progreso de la física matemática. Poco después de ser elegido para la cátedra Lucasiana, anunció que consideraba parte de sus deberes profesionales ayudar a cualquier miembro de la universidad en dificultades que pudiera encontrar en sus estudios matemáticos, y la asistencia brindada fue tan real que los alumnos se alegraron de poder ayudarlo. consultarle, incluso después de haberse convertido en colegas, sobre problemas matemáticos y físicos en los que se encontraban perdidos. Luego, durante los treinta años que actuó como secretario de la Royal Society, ejerció una influencia enorme, aunque discreta, en el avance de la ciencia matemática y física, no solo directamente por sus propias investigaciones, sino indirectamente al sugerir problemas para investigar e incitar a los hombres a atacarlos. y por su disposición a dar ánimo y ayuda.

Contribuciones a la ingeniería

El puente Dee después de su colapso

Stokes participó en varias investigaciones sobre accidentes ferroviarios, especialmente el desastre del puente Dee en mayo de 1847, y se desempeñó como miembro de la posterior Comisión Real sobre el uso de hierro fundido en estructuras ferroviarias. Contribuyó al cálculo de las fuerzas ejercidas por los motores en movimiento en los puentes. El puente falló porque se utilizó una viga de hierro fundido para soportar las cargas de los trenes que pasaban. El hierro fundido es frágil a la tensión o al doblarse , y muchos otros puentes similares tuvieron que ser demolidos o reforzados.

Puente Tay caído desde el norte

Apareció como testigo experto en el desastre del puente Tay , donde dio evidencia sobre los efectos de las cargas de viento en el puente. La sección central del puente (conocida como High Girders) fue completamente destruida durante una tormenta el 28 de diciembre de 1879, mientras que un tren expreso estaba en la sección, y todos a bordo murieron (más de 75 víctimas). La Junta de Investigación escuchó a muchos testigos expertos y concluyó que el puente estaba "mal diseñado, mal construido y mal mantenido".

Como resultado de su testimonio, fue nombrado miembro de la posterior Comisión Real sobre el efecto de la presión del viento en las estructuras. Los efectos de los fuertes vientos en las grandes estructuras se habían descuidado en ese momento, y la comisión realizó una serie de mediciones en Gran Bretaña para obtener una apreciación de la velocidad del viento durante las tormentas y las presiones que ejercen sobre las superficies expuestas.

Trabajar en religión

Stokes generalmente tenía valores y creencias religiosos conservadores. En 1886, se convirtió en presidente del Instituto Victoria , que se había fundado para defender los principios cristianos evangélicos contra los desafíos de las nuevas ciencias, especialmente la teoría darwiniana de la evolución biológica . Dio la conferencia Gifford de 1891 sobre teología natural . También fue vicepresidente de la Sociedad Bíblica Británica y Extranjera y participó activamente en debates doctrinales sobre la obra misional. Sin embargo, aunque sus puntos de vista religiosos eran en su mayoría ortodoxos, era inusual entre los evangélicos victorianos al rechazar el castigo eterno en el infierno y, en cambio, era un defensor del condicionalismo .

Como presidente del Instituto Victoria, Stokes escribió: "Todos admitimos que el libro de la naturaleza y el libro de Apocalipsis provienen de Dios por igual y que, en consecuencia, no puede haber una discrepancia real entre los dos si se interpretan correctamente. Las disposiciones de Science y Las revelaciones son, en su mayor parte, tan distintas que hay pocas posibilidades de colisión. Pero si surgiera una aparente discrepancia, no tenemos ningún derecho, por principio, a excluir a una en favor de la otra. La verdad de la revelación, debemos admitir nuestra propensión a equivocarnos en cuanto a la extensión o interpretación de lo que se revela; y por fuerte que sea la evidencia científica a favor de una teoría, debemos recordar que estamos tratando con evidencia que, en su naturaleza, es sólo probable, y es concebible que un conocimiento científico más amplio nos lleve a alterar nuestra opinión ".

Vida personal

Se casó el 4 de julio de 1857 en la Catedral de San Patricio, Armagh , con Mary Susanna Robinson, hija del astrónomo Rev. Thomas Romney Robinson . Tuvieron cinco hijos: Arthur Romney, que heredó la baronet; Susanna Elizabeth, que murió en la infancia; Isabella Lucy (Sra. Laurence Humphry), quien contribuyó con las memorias personales de su padre en "Memorias y correspondencia científica del difunto George Gabriel Stokes, Bart"; El Dr. William George Gabriel, médico, un hombre con problemas que se suicidó a los 30 años mientras estaba temporalmente loco; y Dora Susanna, que murió en la infancia. Su línea masculina y por lo tanto su baronetcy está extinta, pero a través de la línea femenina le sobreviven un tataranieto, una tataranieta y tres tataranietos.

Legado y honores

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Publicaciones

Los artículos matemáticos y físicos de Stokes (véanse los enlaces externos) se publicaron en forma recopilada en cinco volúmenes; los tres primeros (Cambridge, 1880, 1883 y 1901) bajo su propia dirección, y los dos últimos (Cambridge, 1904 y 1905) bajo la de Sir Joseph Larmor , quien también seleccionó y organizó la Memoir and Scientific Correspondence of Stokes publicada en Cambridge en 1907.

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos

Parlamento del Reino Unido
Precedido por
Henry Cecil Raikes
Alexander Beresford Hope
Miembro del Parlamento por la Universidad de Cambridge
1887 - 1892
Con: Henry Cecil Raikes a 1891
Sir Richard Claverhouse Jebb de 1891
Sucedido por
Sir Richard Claverhouse Jebb
Sir John Eldon Gorst
Baronetage del Reino Unido
Nueva creación Baronet
(de Lensfield Cottage)
1889-1903
Sucedido por
Arthur Stokes
Asociaciones profesionales y académicas
Precedido por
Thomas Henry Huxley
35º presidente de la Royal Society
1885–1890
Sucedido por
William Thomson
Oficinas académicas
Precedido por
Charles Edward Searle
Maestría en Pembroke College, Cambridge
1902-1903
Sucedido por
Arthur James Mason