Sir George Gabriel Stokes, primer baronet , FRS ( / s t oʊ ks / ; 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 ; y a la óptica física , con notables trabajos sobre polarización y fluorescencia . Como matemático, popularizó el " teorema de Stokes " en el cálculo vectorial y contribuyó a la teoría de las expansiones asintóticas . Stokes, junto con Felix Hoppe-Seyler , demostraron por primera vez la función de transporte de oxígeno de la hemoglobina , y mostraron 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 ciencias físicas". Representó a la Universidad de Cambridge en la Cámara de los Comunes británica de 1887 a 1892, como conservador . Stokes también sirvió como presidente de la Royal Society de 1885 a 1890 y fue brevemente maestro del Pembroke College de Cambridge . La extensa correspondencia de Stokes y su trabajo como secretario de la Royal Society lo han llevado a ser considerado un guardián de la ciencia victoriana, y sus contribuciones superaron sus propios artículos publicados. [1]
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 ingresaron a la Iglesia, de los cuales el más eminente fue John Whitley Stokes , archidiácono de Armagh . [2] Además de un compromiso de por vida con su fe protestante, la infancia de Stokes en Skreen tuvo una fuerte influencia en su decisión posterior de dedicarse a la dinámica de fluidos como área de investigación. [3] Su hija, Isabella Humphreys, escribió que su padre "me dijo que casi se deja llevar por una de estas grandes olas cuando se bañaba cuando era niño en la costa de Sligo, y esto atrajo por primera vez su atención hacia las olas". [4]
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 luchador senior y primer premio de Smith , logros que le valieron la elección como miembro de la universidad. [5]
De acuerdo con los estatutos de la universidad, 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 conservó ese lugar hasta 1902, cuando el día antes de su 83º cumpleaños, fue elegido maestro de la universidad. Stokes no ocupó ese puesto por mucho tiempo, ya que murió en Cambridge el 1 de febrero del año siguiente, [6] y fue enterrado en el cementerio de Mill Road . También hay un monumento a él en el pasillo norte de la Abadía de Westminster . [7]
En 1849, Stokes fue nombrado profesor lucasiano 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 universidades europeas y 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 al Pembroke College y a la universidad . Con 54 años, el mandato de Stokes como profesor lucasiano fue el más largo de la historia.
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 del distrito electoral 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. [6]
Stokes era el mayor del trío de filósofos naturales, siendo los otros dos James Clerk Maxwell y Lord Kelvin , que 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 ofrece los títulos de más de cien memorias publicadas por él hasta 1883. Algunas de ellas son sólo notas breves, otras son breves declaraciones controvertidas o correctivas, pero muchas son tratados largos y elaborados. [8]
En cuanto a su alcance, el trabajo de Stokes cubrió una amplia gama de investigaciones físicas pero, como señaló Marie Alfred Cornu en su Rede Lecture de 1899, [9] la mayor parte se refería a las ondas y las transformaciones impuestas sobre ellas durante su paso a través de diversos medios. . [10]
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. [11] [12] A estos les siguió en 1845 uno sobre la fricción de fluidos en movimiento y el equilibrio y movimiento de sólidos elásticos, [13] y en 1850 otro sobre los efectos de la fricción interna de fluidos sobre el movimiento de péndulos . [14] A la teoría del sonido hizo varias contribuciones, incluida una discusión sobre el efecto del viento sobre la intensidad del sonido [15] y una explicación de cómo la intensidad está influenciada por la naturaleza del gas en el que se produce el sonido. . [16] Estas investigaciones juntas 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. [10]
El trabajo de Stokes 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. [17] Esto se conoció como 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 . [ cita necesaria ]
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, la ley de Stokes se puede utilizar para calcular la viscosidad del fluido. En el experimento clásico normalmente se utiliza una serie de rodamientos de bolas de acero de diferentes diámetros para mejorar la precisión del cálculo. El experimento escolar utiliza glicerina como fluido y la técnica se utiliza industrialmente para comprobar la viscosidad de los fluidos utilizados en los procesos. [ cita necesaria ]
La misma teoría explica por qué pequeñas gotas de agua (o cristales de hielo) pueden permanecer suspendidas en el aire (como nubes) hasta que crecen hasta un tamaño crítico y comienzan a caer en forma de 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. [ cita necesaria ]
" Stokes ", la unidad CGS de viscosidad cinemática , recibió su nombre en reconocimiento a su trabajo.
Quizás sus investigaciones más conocidas sean las que tratan de la teoría ondulatoria de la luz. Su trabajo óptico comenzó en una etapa temprana de su carrera científica. Sus primeros artículos sobre la aberración de la luz aparecieron en 1845 y 1846, [18] [19] y fueron seguidos en 1848 por uno sobre la teoría de ciertas bandas vistas en el espectro . [20] [10]
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. [21] Dos años más tarde habló de los colores de las placas gruesas. [22] [10]
Stokes también investigó la descripción matemática del arco iris hecha por George Airy . [23] Los hallazgos de Airy involucraron una integral que era difícil de evaluar. Stokes expresó la integral como una serie divergente , que eran poco comprendidas. 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. [24] La investigación de Stokes sobre series asintóticas condujo a conocimientos fundamentales sobre dichas series. [25]
En 1852, en su famoso artículo sobre el cambio de longitud de onda de la luz, describió el fenómeno de la fluorescencia , tal 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. [26] 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 oído un relato de Stokes muchos años antes y le había rogado reiteradamente, pero en vano, que lo publicara. [27]
En el mismo año, 1852, apareció el artículo sobre la composición y resolución de corrientes de luz polarizada de diferentes fuentes, [28] y en 1853 una investigación sobre la reflexión metálica exhibida por ciertas sustancias no metálicas. [29] La investigación tenía como objetivo resaltar el fenómeno de la polarización de la luz . Hacia 1860 estaba involucrado en una investigación sobre la intensidad de la luz reflejada o transmitida a través de una pila de placas; [30] y en 1862 preparó para la Asociación Británica un valioso informe sobre la doble refracción , [10] un fenómeno en el que ciertos cristales muestran diferentes índices de refracción a lo largo de diferentes ejes. [31] Quizás el cristal más conocido sea el espato de Islandia , cristales transparentes de calcita .
De la misma fecha lleva un artículo sobre el espectro largo de la luz eléctrica [32] , al que siguió una investigación sobre el espectro de absorción de la sangre. [10] [33]
La identificación química de los cuerpos orgánicos por sus propiedades ópticas se trató en 1864; [34] y posteriormente, junto 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 . [35] Un artículo aún posterior relacionado con la construcción de instrumentos ópticos discutió los límites teóricos de la apertura de los objetivos de los microscopios. [36] [10]
En 1849, Stokes inventó la lente Stokes para detectar el astigmatismo . [37] Es una combinación de lentes que consta de lentes cilíndricas de igual pero de potencia opuesta unidas entre sí de tal manera que las lentes se pueden girar entre sí. [38]
En otras áreas de la física se pueden mencionar su artículo sobre la conducción del calor en cristales (1851) [39] y sus investigaciones en relación con el radiómetro de Crookes ; [40] su explicación del borde claro que se observa con frecuencia en fotografías justo fuera del contorno de un cuerpo oscuro visto contra el cielo (1882); [41] y, aún más tarde, su teoría de los rayos X , que sugirió que podrían ser ondas transversales que viajan como innumerables ondas solitarias, no en trenes regulares. [42] Dos extensos artículos publicados en 1849, uno sobre las atracciones y el teorema de Clairaut , [43] y el otro sobre la variación de la gravedad en la superficie de la Tierra (1849), la fórmula de gravedad de Stokes [44] , también merecen atención, ya que sus memorias matemáticas sobre los valores críticos de sumas de series periódicas (1847) [45] y sobre el cálculo numérico de una clase de integrales definidas y series infinitas (1850) [46] y su discusión sobre una ecuación diferencial relacionada con la ruptura de puentes ferroviarios (1849), [47] [10] investigación relacionada con su evidencia presentada a la Comisión Real sobre el Uso del Hierro en estructuras ferroviarias después del desastre del Puente Dee de 1847.
Muchos de los descubrimientos de Stokes no fueron publicados o sólo fueron abordados en el curso de sus conferencias orales. Un ejemplo de ello es su trabajo en la teoría de la espectroscopia . [10]
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 cuando Stokes se la enseñó en la Universidad de Cambridge hace algunos años. 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 . [48]
Estas declaraciones, que contienen la base física sobre la que descansa la espectroscopia y la forma en que es aplicable a la identificación de sustancias existentes en el sol y las estrellas, hacen parecer que Stokes se anticipó a Gustav Kirchhoff en al menos siete u ocho años. . Stokes, sin embargo, en una carta publicada algunos años después de pronunciar este discurso, afirmó que no había dado un paso esencial en el argumento: no percibir que la emisión de luz de una longitud de onda definida no sólo permitía, sino que requería, 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. [49] Hay que decir, sin embargo, que los hombres de ciencia ingleses no han aceptado esta exención de responsabilidad en toda su plenitud, y todavía atribuyen a Stokes el crédito de haber enunciado por primera vez los principios fundamentales de la espectroscopia . [10]
Stokes también hizo mucho por el progreso de la física matemática en otro sentido. 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 estaban contentos de 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 las ciencias matemáticas y físicas, no sólo directamente mediante sus propias investigaciones, sino indirectamente al sugerir problemas para la investigación e incitar a los hombres a atacar. ellos, y por su disposición a dar aliento y ayuda. [10]
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 motores en movimiento en 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 ante 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 prestó testimonio sobre los efectos de las cargas de viento en el puente. La sección central del puente (conocida como High Girders) quedó completamente destruida durante una tormenta el 28 de diciembre de 1879, mientras un tren expreso pasaba por esa sección, y todos los que estaban a bordo murieron (más de 75 víctimas). La comisión de investigación escuchó a muchos peritos y concluyó que el puente estaba "mal diseñado, mal construido y mal mantenido". [50]
Como resultado de su testimonio, fue nombrado miembro de la posterior Comisión Real sobre el efecto de la presión del viento en las estructuras. En ese momento se habían ignorado los efectos de los fuertes vientos en las grandes estructuras, y la comisión llevó a cabo una serie de mediciones en toda Gran Bretaña para apreciar la velocidad del viento durante las tormentas y las presiones que ejercían sobre las superficies expuestas.
Stokes generalmente tenía creencias y valores religiosos conservadores. En 1886, se convirtió en presidente del Instituto Victoria , que había sido 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 . [51] [52] También fue vicepresidente de la Sociedad Bíblica Británica y Extranjera y participó activamente en debates doctrinales relacionados con la obra misional. [53] 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 cristiano . [54]
Como presidente del Instituto Victoria, Stokes escribió: "Todos admitimos que el libro de la Naturaleza y el libro del Apocalipsis provienen por igual de Dios y que, en consecuencia, no puede haber ninguna discrepancia real entre los dos si se interpretan correctamente. Las disposiciones de la Ciencia y Las revelaciones son, en su mayor parte, tan distintas que hay pocas posibilidades de colisión, pero si surgiera una discrepancia aparente, no tenemos ningún derecho, por principio, a excluir una en favor de la otra, porque por muy firmemente convencidos que estemos de la verdad de la revelación, debemos admitir nuestra probabilidad de equivocarnos en cuanto al alcance o la interpretación de lo que se revela; y por muy fuerte que pueda ser 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". [55]
Stokes 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, 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 "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. Desde entonces, su línea masculina y, por tanto, su título de baronet se han extinguido.
Los artículos matemáticos y físicos de Stokes (ver enlaces externos) se publicaron de 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 las memorias y la correspondencia científica de Stokes publicadas en Cambridge en 1907. [65]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ) ; véanse las págs. 207 y 208.
