Sir George Stokes, primer baronet
Sir George Gabriel Stokes, primer baronet, FRS (13 de agosto de 1819 - 1 de febrero de 1903) fue un físico y matemático 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; ya la óptica física, con notables trabajos sobre polarización y fluorescencia. Como matemático, popularizó 'Stokes'. teorema" en cálculo vectorial y contribuyó a la teoría de expansiones asintóticas. Stokes, junto con Felix Hoppe-Seyler, fue el primero en demostrar la función de transporte de oxígeno de la hemoglobina y mostró los cambios de color producidos por la aireación de las soluciones de hemoglobina.
Stokes fue nombrado baronet por el monarca británico en 1889. En 1893 recibió la Medalla Copley de la Royal Society, entonces el premio científico más prestigioso del mundo, "por sus investigaciones y descubrimientos en física". ciencia". 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 de 1885 a 1890 y fue brevemente 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. Stokes' la vida hogareña estuvo fuertemente influenciada por el protestantismo evangélico de su padre: tres de sus hermanos ingresaron a 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 Isabel. 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 wrangler senior y primer premio Smith's, logros que le valieron la elección como miembro de la universidad.
De acuerdo con los estatutos del colegio, Stokes tuvo que renunciar a la beca cuando se casó en 1857. Doce años más tarde, bajo nuevos estatutos, fue reelegido para la beca y retuvo ese lugar hasta 1902, cuando el día antes de cumplir 83 años, 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
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 países europeos. y universidades americanas. El rector de la universidad entregó a Stokes una medalla de oro conmemorativa y Lord Kelvin ofreció formalmente bustos de mármol de Stokes de Hamo Thornycroft a Pembroke College y a la universidad. A los 54 años, Stokes' El mandato como profesor lucasiano fue el más largo de la historia.
Stokes, que fue nombrado baronet en 1889, sirvió aún más a su universidad al representarla en el parlamento de 1887 a 1892 como uno de los dos miembros de la circunscripción de la Universidad de Cambridge. En 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 los tres cargos simultáneamente; Newton sostuvo los mismos tres, aunque no al mismo tiempo.
Stokes fue el mayor del trío de filósofos naturales, siendo James Clerk Maxwell y Lord Kelvin los otros dos, 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 se distingue por su cantidad y calidad. El catálogo de artículos científicos de la Royal Society da los títulos de más de cien memorias suyas publicadas hasta 1883. Algunas de ellas son solo notas breves, otras son breves declaraciones controvertidas o correctivas, pero muchas son tratados extensos y elaborados.
Contribuciones a la ciencia
En cuanto al alcance, su obra abarcó una amplia gama de investigaciones físicas pero, como señaló Marie Alfred Cornu en su Rede Lecture de 1899, la mayor parte de ella se refería a las ondas y las transformaciones que se les imponen durante su paso por diversos medios..
Dinámica de fluidos
Los primeros artículos publicados de Stokes, que aparecieron en 1842 y 1843, trataban 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 en el movimiento de los péndulos. Hizo varias contribuciones a la teoría del sonido, incluida una discusión sobre el efecto del viento en la intensidad del sonido y una explicación de cómo la naturaleza del gas en el que se produce el sonido influye en la intensidad. Estas investigaciones en conjunto colocaron la ciencia de la dinámica de fluidos sobre 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 a la solución de problemas prácticos, como el flujo de agua en ríos y canales, y la resistencia superficial de los barcos.
Flujo progresivo
El trabajo de Stokes sobre el movimiento y la viscosidad de los fluidos lo llevó a calcular la velocidad terminal de una esfera que cae en un medio viscoso. Esto se conoció como Stokes' ley. 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 usar la ley de Stokes para calcular la viscosidad del fluido. Normalmente, en el experimento clásico se utiliza una serie de rodamientos de bolas de acero de diferentes diámetros para mejorar la precisión del cálculo. El experimento escolar usa glicerina como fluido, y la técnica se usa industrialmente para verificar 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 CGS de viscosidad cinemática se denominó "stokes" en reconocimiento a su trabajo.
Luz
Quizás sus investigaciones más conocidas sean las que tratan sobre la teoría ondulatoria de la luz. Su trabajo óptico comenzó en un período temprano de su carrera científica. Sus primeros trabajos sobre la aberración de la luz aparecieron en 1845 y 1846, 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 demostró que el plano de polarización debe ser perpendicular a la dirección de propagación. Dos años más tarde habló de los colores de las planchas gruesas.
Stokes también investigó la descripción matemática de los arcoíris de George Airy. Los hallazgos de Airy involucraron una integral que fue difícil de evaluar. Stokes expresó la integral como una serie divergente, que eran poco entendidas. Sin embargo, al truncar inteligentemente la serie (es decir, ignorando 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 dichas series.
Fluorescencia
En 1852, en su famoso artículo sobre el cambio de la longitud de onda de la luz, describió el fenómeno de la fluorescencia, tal como lo presentaban el espato flúor y el vidrio de uranio, materiales que, según él, tenían el poder de convertir la radiación ultravioleta invisible en radiación. de longitudes de onda más largas que son visibles. El cambio de Stokes, que describe esta conversión, recibe su nombre en honor a Stokes. Se mostró un modelo mecánico que ilustra el principio dinámico de la explicación de Stokes. La rama 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 suplicado en repetidas ocasiones, pero en vano, que lo publicara.
Polarización
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 exhibida por ciertas sustancias no metálicas. La investigación tenía como objetivo resaltar el fenómeno de la polarización de la luz. Alrededor de 1860 se involucró en una investigación sobre la intensidad de la luz reflejada o transmitida a través de una pila de placas; 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 fue tratada en 1864; y más tarde, en conjunto con el reverendo William Vernon Harcourt, investigó la relación entre la composición química y las propiedades ópticas de varios vidrios, con referencia a las condiciones de transparencia y la 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.
Oftalmología
En 1849, Stokes inventó la lente de Stokes para detectar el astigmatismo. Es una combinación de lentes que consta de lentes cilíndricas de potencias iguales pero opuestas unidas entre sí de tal manera que las lentes se pueden rotar entre sí.
Otro trabajo
En otras áreas de la física se puede mencionar su artículo sobre la conducción del calor en los cristales (1851) y sus investigaciones en relación con el radiómetro de Crookes; su explicación del borde claro observado 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 que viajaban como innumerables ondas solitarias, no en trenes regulares. Dos extensos artículos publicados en 1849, uno sobre las atracciones y el teorema de Clairaut, y el otro sobre la variación de la gravedad en la superficie de la Tierra (1849), Stokes' fórmula de la gravedad—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 testimonio entregado a la Comisión Real sobre el Uso del Hierro en estructuras Ferroviarias después del desastre del Puente Dee de 1847.
Investigación no publicada
Muchos de Stokes' los descubrimientos 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.
En su discurso presidencial ante la Asociación Británica en 1871, Lord Kelvin expresó 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 hace unos años. 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.
Estas afirmaciones, que contienen la base física sobre la que descansa la espectroscopia y la forma en que se aplica a la identificación de sustancias que existen en el sol y las estrellas, hacen parecer que Stokes se anticipó a Kirchhoff en al menos siete o ocho años. Stokes, sin embargo, en una carta publicada algunos años después de la entrega de este discurso, afirmó 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. Rechazó modestamente "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 por primera vez los principios fundamentales de la espectroscopia.
De otra manera, también, 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 con las dificultades que pudiera encontrar en sus estudios matemáticos, y la ayuda brindada fue tan real que los alumnos se alegraron de recibirla. consultarlo, 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 atacar. ellos, y por su prontitud para dar aliento y ayuda.
Contribuciones a la ingeniería
Stokes estuvo involucrado en varias investigaciones sobre accidentes ferroviarios, especialmente el desastre de Dee Bridge 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 que ejercen los motores en movimiento sobre los puentes. El puente falló porque se usó una viga de hierro fundido para soportar las cargas de los trenes que pasaban. El hierro fundido es quebradizo por la tensión o la flexión, y muchos otros puentes similares tuvieron que ser demolidos o reforzados.
Apareció como testigo experto en el desastre del puente Tay, donde brindó 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 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 ejercían sobre las superficies expuestas.
Trabajar en religión
Stokes generalmente tenía creencias y valores religiosos conservadores. En 1886, se convirtió en presidente del Instituto Victoria, fundado para defender los principios cristianos evangélicos frente a 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 los debates doctrinales relacionados con 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 y que, en consecuencia, no puede haber ninguna discrepancia real entre los dos. si se interpreta correctamente. Las disposiciones de Ciencia y Revelación son, en su mayor parte, tan distintas que hay pocas posibilidades de colisión. Pero si surgiera una discrepancia aparente, no tenemos derecho en principio a excluir una en favor de la otra. Por más firmemente convencidos que podamos estar de la verdad de la revelación, debemos admitir nuestra responsabilidad de errar 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 pueda llevarnos a cambiar nuestra opinión.;.
Vida privada
Se casó el 4 de julio de 1857 en la Catedral de San Patricio, Armagh, con Mary Susanna Robinson, hija del astrónomo reverendo Thomas Romney Robinson. Tuvieron cinco hijos: Arthur Romney, quien 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 "Memoir and Scientific Correspondence of the Late 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 baronet se han extinguido desde entonces.
Legado y honores
- Profesor Lucasiano de Matemáticas de la Universidad de Cambridge
- De la Royal Society, de la que se convirtió en compañero en 1851, recibió la Medalla Rumford en 1852 en reconocimiento de sus investigaciones sobre la longitud de onda de la luz, y más tarde, en 1893, la Medalla Copley.
- En 1869 presidió la reunión de Exeter de la Asociación Británica.
- De 1883 a 1885 fue profesor de Burnett en Aberdeen, sus conferencias sobre la luz, publicadas en 1884-1887, trataron su naturaleza, su uso como medio de investigación y sus efectos beneficiosos.
- On 18 April 1888 he was admitted as a Freeman of the City of London.
- El 6 de julio 1889 La reina Victoria le hizo un Baronet como Sir George Gabriel Stokes de Lensfield Cottage en el Baronetage del Reino Unido; el título se extinguió en 1916.
- En 1891, como profesor de Gifford, publicó un volumen sobre Teología Natural.
- Miembro de la Orden prusiana Pour le Mérite
- Sus distinciones académicas incluyeron títulos honorarios de muchas universidades, incluyendo
- Doctor mathematicae (honoris causa) de la Real Universidad de Frederick el 6 de septiembre de 1902, cuando celebraron el centenario del nacimiento del matemático Niels Henrik Abel.
- Los escéfalos, una unidad de viscosidad cinemática, se llama por él.
- En 1909, la Sociedad Stokes en Pembroke College fue fundada como un centro académico para científicos de grado en toda la Universidad. Sigue activo a partir de 2023.
- En julio de 2017, Dublin City University nombró un edificio después de Stokes en reconocimiento de sus contribuciones a la física y las matemáticas.
Publicaciones
Los artículos matemáticos y físicos de Stokes (ver enlaces externos) se publicaron de forma recopilada en cinco volúmenes; los primeros tres (Cambridge, 1880, 1883 y 1901) bajo su propia dirección editorial, y los dos últimos (Cambridge, 1904 y 1905) bajo la de Sir Joseph Larmor, quien también seleccionó y arregló las Memoir and Scientific Correspondence of Stokes publicado en Cambridge en 1907.
Volumen I-V de Documentos matemáticos y físicos (1880-1905)
Título página al volumen I of I Documentos matemáticos y físicos (1880)
Tabla de contenidos al Volumen I de Documentos matemáticos y físicos (1880)
Primera página del volumen I of I Documentos matemáticos y físicos (1880)
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