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


George Stokes

Ggstokes.jpg
narozený
George Gabriel Stokes

( 1819-08-13 )13. srpna 1819
Zemřel 01.02.1903 (1903-02-01)(ve věku 83)
Cambridge , Anglie
Alma mater Pembroke College, Cambridge
Známý jako Stokesova věta
Navier – Stokesovy rovnice
Stokesův zákon
Stokesův zákon útlumu zvuku
Stokesův posun
Stokesovo číslo
Stokesův problém
Stokesovy vztahy
Stokesův jev
Stokesovy parametry
Stokesova vlna
Ocenění Smithova cena (1841)
Rumford medaile (1852)
Copley medaile (1893)
Vědecká kariéra
Pole Matematika a fyzika
Instituce Pembroke College, Cambridge
Akademičtí poradci William Hopkins
Pozoruhodní studenti Lord Rayleigh
Horace Beránek
Podpis
Stokes sig.jpg

Sir George Gabriel Stokes, 1. baronet , PRS ( / s t k s / ; 13. srpna 1819 - 1. února 1903) byl irský anglický fyzik a matematik . Narodil se v hrabství Sligo v Irsku a strávil celou svou kariéru na univerzitě v Cambridge , kde byl od roku 1849 až do své smrti v roce 1903 lucasianským profesorem matematiky. Jako fyzik Stokes významně přispěl k mechanice tekutin , včetně Navier –Stokesovy rovnice a fyzikální optika , s pozoruhodnými pracemi na polarizaci a fluorescenci . Jako matematik propagoval „ Stokesovu větu “ ve vektorovém počtu a přispěl k teorii asymptotických expanzí . Stokes spolu s Felixem Hoppe-Seylerem poprvé demonstrovali funkci transportu kyslíku hemoglobinu a ukázali barevné změny způsobené provzdušňováním roztoků hemoglobinu.

Stokes byl dělán baronet (dědičný rytíř) britským monarchou v roce 1889. V roce 1893 se mu dostalo Royal Society ‚s Copley medaile , pak nejprestižnější vědecké ocenění na světě,‚za jeho výzkumy a objevy ve fyzikální vědy‘. Zastupoval Cambridgeskou univerzitu v Britské sněmovně v letech 1887 až 1892 a seděl jako konzervativní . Stokes také sloužil jako prezident Královské společnosti od roku 1885 do roku 1890 byl krátce mistr z Pembroke College v Cambridgi .

Životopis

George Stokes byl nejmladší syn Ctihodné Gabriel Stokes (zemřel 1834), na kněze v církvi Irska , který sloužil jako farář z Skreen , v hrabství Sligo a jeho manželky Elizabeth Haughton, dcerou reverenda Johna Haughton. Stokesův domácí život byl silně ovlivněn evangelickým protestantismem jeho otce : tři z jeho bratrů vstoupili do Církve, z nichž nejvýznamnějším byl John Whitley Stokes , arciděkan z Armaghu . John a George si byli vždy blízcí a George žil s Johnem, když chodil do školy v Dublinu. Ze celé své rodiny měl nejblíže ke své sestře Elizabeth. Jejich matka byla v rodině připomínána jako „krásná, ale velmi přísná“. Poté, co navštěvoval školy v Skreen, Dublinu a Bristolu , v roce 1837 Stokes maturoval na Pembroke College v Cambridge . O čtyři roky později promoval jako senior wrangler a první Smithův prizeman , což byly úspěchy, které mu vynesly volbu kolegy z vysoké školy. V souladu se stanovami vysoké školy musel Stokes společenství opustit, když se v roce 1857 oženil. O dvanáct let později byl podle nových stanov znovu zvolen do společenství a toto místo si udržel až do roku 1902, kdy den před svým 83. narozeniny, byl zvolen mistrem vysoké školy. Stokes neudržel tuto pozici dlouho, protože zemřel v Cambridge dne 1. února následujícího roku a byl pohřben na hřbitově Mill Road . Je zde také jeho památník v severní lodi ve Westminsterském opatství .

Kariéra

V roce 1849 byl Stokes jmenován lucasianským profesorem matematiky v Cambridgi, což je pozice, kterou zastával až do své smrti v roce 1903. Dne 1. června 1899 se tam slavilo jubileum tohoto jmenování na ceremonii, které se zúčastnilo mnoho delegátů z Evropy. a amerických univerzit. Pamětní zlatou medaili předal Stokesovi kancléř univerzity a mramorové busty Stokes od Hamo Thornycroft formálně nabídl Pembroke College a univerzitě lord Kelvin . Stokes, který byl v roce 1889 jmenován baronetem, dále sloužil své univerzitě tím, že ji v letech 1887 až 1892 zastupoval v parlamentu jako jeden ze dvou členů za volební obvod Cambridgeské univerzity . Během části tohoto období (1885–1890) byl také prezidentem Královské společnosti , v níž byl jedním z tajemníků od roku 1854. Jelikož byl v této době také lucasianským profesorem, Stokes byl první osobou, která držela všechny tři pozice současně; Newton držel stejné tři, i když ne současně.

Stokes byl nejstarší z trojice přírodních filozofů, James Clerk Maxwell a Lord Kelvin byli dalšími dvěma, kteří se zvláště zasloužili o slávu cambridgeské školy matematické fyziky v polovině 19. století. Stokesova původní práce začala asi v roce 1840 a od toho data byl velký rozsah jeho produkce méně pozoruhodný než lesk jeho kvality. Katalog vědeckých prací Královské společnosti uvádí názvy více než stovky jeho memoárů vydaných do roku 1883. Některé z nich jsou pouze stručné poznámky, jiné jsou krátkými kontroverzními nebo opravnými prohlášeními, ale mnohé jsou dlouhé a propracované pojednání.

Příspěvky vědě

Stokes v pozdějším věku

Rozsahem jeho práce pokrývala širokou škálu fyzického zkoumání, ale, jak poznamenala Marie Alfred Cornu ve své Redeově přednášce z roku 1899, její větší část se týkala vln a transformací, které na ně byly uvaleny během jejich průchodu různými médii.

Dynamika tekutin

Jeho první publikované práce, které se objevily v letech 1842 a 1843, byly o stálém pohybu nestlačitelných tekutin a v některých případech o pohybu tekutin. Po nich v roce 1845 následovala jedna o tření tekutin v pohybu a rovnováze a pohybu elastických pevných látek a v roce 1850 další o účincích vnitřního tření tekutin na pohyb kyvadel . K teorii zvuku učinil několik příspěvků, včetně diskuse o vlivu větru na intenzitu zvuku a vysvětlení, jak je intenzita ovlivněna povahou plynu, ve kterém je zvuk produkován. Tato šetření dala dohromady nauku o dynamice tekutin a poskytla klíč nejen k vysvětlení mnoha přírodních jevů, jako je zavěšení mraků ve vzduchu a pokles vln a vln ve vodě, ale také řešení praktických problémů, jako je tok vody v řekách a kanálech a odolnost lodí vůči pokožce.

Plazivý tok

Plazivý tok kolem koule: zefektivnění a síly.

Jeho práce na pohybu tekutin a viskozitě vedla k jeho výpočtu koncové rychlosti pro kouli spadající do viskózního média. Toto se stalo známé jako Stokesův zákon . Odvodil výraz pro třecí sílu (nazývanou také tažná síla ) působící na sférické objekty s velmi malými Reynoldsovými čísly .

Jeho práce je základem viskozimetru s klesající koulí , ve kterém je tekutina nehybná ve svislé skleněné trubici. Kouli o známé velikosti a hustotě je dovoleno sestoupit skrz kapalinu. Pokud je správně vybrán, dosáhne koncové rychlosti , kterou lze změřit časem potřebným k průchodu dvou značek na trubici. Pro neprůhledné kapaliny lze použít elektronické snímání. Známe -li koncovou rychlost, velikost a hustotu koule a hustotu kapaliny, lze pro výpočet viskozity kapaliny použít Stokesův zákon. Ke zlepšení přesnosti výpočtu se v klasickém experimentu běžně používá řada ocelových kuličkových ložisek různých průměrů. Školní experiment používá jako tekutinu glycerin a tato technika se používá průmyslově ke kontrole viskozity tekutin používaných v procesech.

Stejná teorie vysvětluje, proč mohou malé vodní kapky (nebo ledové krystaly) zůstat zavěšeny ve vzduchu (jako mraky), dokud nevyrostou do kritické velikosti a nezačnou padat jako déšť (nebo sníh a krupobití ). Podobné použití rovnice lze provést při usazování jemných částic ve vodě nebo jiných tekutinách.

CGS jednotka kinematické viskozity byl pojmenován „ výseků “ jako uznání jeho práce.

Světlo

Snad jeho nejznámější výzkumy jsou ty, které se zabývají vlnovou teorií světla. Jeho optická práce začala v raném období jeho vědecké kariéry. Jeho první práce o aberaci světla se objevily v letech 1845 a 1846 a v roce 1848 na ně navázal jeden z teorií určitých pásem viděných ve spektru .

V roce 1849 vydal dlouhý článek o dynamické teorii difrakce , ve kterém ukázal, že rovina polarizace musí být kolmá na směr šíření. O dva roky později diskutoval o barvách tlustých talířů.

Stokes také zkoumal matematický popis duh George Geye . Airyho nálezy zahrnovaly integrál, který bylo nepříjemné hodnotit. Stokes vyjádřil integrál jako divergentní řadu , které byly málo chápány. Chytrým zkrácením řady (tj. Ignorováním všech kromě prvních několika členů série) však Stokes získal přesnou aproximaci integrálu, kterou bylo mnohem snazší vyhodnotit než integrál samotný. Stokesův výzkum asymptotických sérií vedl k zásadním poznatkům o takových sériích.

Fluorescence

Fluor

V roce 1852 ve svém slavném příspěvku o změně vlnové délky světla popsal fenomén fluorescence , jak je prokázáno kazivcem a uranovým sklem , materiály, které považoval za schopnost převádět neviditelné ultrafialové záření na záření delších vlnových délek které jsou viditelné. Posun Stokes , který popisuje tuto konverzi, je jmenován v Stokes cti. Byl ukázán mechanický model, ilustrující dynamický princip Stokesova vysvětlení. Odnož této, Stokesovy linie , je základem Ramanova rozptylu . V roce 1883, během přednášky u královské instituce , lord Kelvin řekl, že o tom slyšel od Stokese mnoho let předtím a opakovaně, ale marně ho prosil, aby to zveřejnil.

Polarizace

Krystal kalcitu položený na papír s několika písmeny zobrazujícími dvojitý lom

Ve stejném roce 1852 se objevil článek o složení a rozlišení proudů polarizovaného světla z různých zdrojů a v roce 1853 zkoumání kovového odrazu, který vykazují určité nekovové látky. Výzkum měl upozornit na fenomén polarizace světla . Asi v roce 1860 se zabýval vyšetřováním intenzity světla odraženého od hromady desek nebo přenášeného skrz a v roce 1862 připravil pro Britskou asociaci hodnotnou zprávu o dvojím lomu , což je jev, kdy určité krystaly vykazují různé indexy lomu podél různých os. Snad nejznámějším krystalem je islandský nosník , průhledné krystaly kalcitu .

Dokument o dlouhém spektru elektrického světla nese stejné datum a poté následoval průzkum absorpčního spektra krve.

Chemický rozbor

Chemická identifikace organických těl podle jejich optických vlastností byla zpracována v roce 1864; a později ve spojení s reverendem Williamem Vernonem Harcourtem zkoumal vztah mezi chemickým složením a optickými vlastnostmi různých skel s odkazem na podmínky průhlednosti a zdokonalení achromatických dalekohledů . Ještě pozdější článek spojený s konstrukcí optických přístrojů pojednával o teoretických mezích apertury mikroskopických objektivů.

Jiná práce

Radiometr Crookes

V jiných katedrách fyziky lze zmínit jeho příspěvek o vedení tepla v krystalech (1851) a jeho šetření v souvislosti s Crookesovým radiometrem ; jeho vysvětlení světelné hranice bylo často zaznamenáno na fotografiích těsně mimo obrys tmavého těla viděného proti obloze (1882); a ještě později jeho teorie rentgenových paprsků , kterou navrhl, by mohly být příčné vlny cestující jako nespočet osamělých vln, nikoli v pravidelných vlacích. Dva dlouhé články publikované v roce 1849 - jeden o zajímavostech a Clairautově větě a druhý o změnách gravitace na povrchu Země (1849) - Stokesův gravitační vzorec - rovněž vyžadují upozornění, stejně jako jeho matematické paměti o kritických hodnotách součtů periodických řad (1847) a na numerickém výpočtu třídy určitých integrálů a nekonečných řad (1850) a jeho diskusi o diferenciální rovnici týkající se lámání železničních mostů (1849), výzkum související s jeho důkazy Královská komise o užívání železa v železničních staveb po Dee Bridge katastrofy roku 1847.

Nepublikovaný výzkum

Mnoho Stokesových objevů nebylo zveřejněno nebo se jich dotkli pouze v průběhu jeho ústních přednášek. Jedním z takových příkladů je jeho práce v teorii spektroskopie .

Lord Kelvin

Ve svém prezidentském proslovu k Britské asociaci v roce 1871 Lord Kelvin uvedl své přesvědčení, že aplikaci prizmatické analýzy světla na sluneční a hvězdnou chemii nikdy nikdo jiný nenavrhl přímo ani nepřímo, když ho to na univerzitě v Cambridgi Stokes naučil čas před létem 1852, a vyložil závěry, teoretické i praktické, které se v té době naučil od Stokese a které poté pravidelně pořádal ve svých veřejných přednáškách v Glasgowě .

Kirchhoff

Z těchto tvrzení, která obsahují fyzický základ, na kterém spočívá spektroskopie, a způsob, jakým je použitelná pro identifikaci látek existujících na slunci a hvězdách, se zdá, že Stokes očekával Kirchhoffa nejméně o sedm nebo osm let. Stokes však v dopise zveřejněném několik let po doručení této adresy uvedl, že v argumentu neudělal jeden zásadní krok - nevnímat, že emise světla určité vlnové délky nejenže umožňuje, ale vyžaduje absorpci světla stejné vlnové délky. Skromně odmítl „jakoukoli část Kirchhoffova obdivuhodného objevu“ a dodal, že cítil, že někteří jeho přátelé byli ve své věci příliš horliví. Je však třeba říci, že angličtí vědci toto odmítnutí odpovědnosti nepřijali v celé jeho plnosti a stále připisují Stokesovi zásluhu na tom, že nejprve vyslovil základní principy spektroskopie .

Jiným způsobem také Stokes udělal hodně pro pokrok v matematické fyzice. Brzy poté, co byl zvolen do lucasianského křesla, oznámil, že považuje za součást svých profesních povinností pomoc kterémukoli členovi univerzity v potížích, se kterými se může setkat při svých matematických studiích, a poskytovaná pomoc byla tak skutečná, že žáci byli rádi, že konzultovat s ním, i když se stali kolegy, matematické a fyzické problémy, ve kterých se ocitli bezradní. Poté během třiceti let působil jako tajemník Královské společnosti a měl obrovský, i když nenápadný vliv na rozvoj matematické a fyzikální vědy, a to nejen přímo jeho vlastním vyšetřováním, ale nepřímo tím, že navrhoval problémy pro vyšetřování a podněcoval muže k jejich útoku. a svou připraveností poskytnout povzbuzení a pomoc.

Příspěvky do strojírenství

Most Dee po jeho zřícení

Stokes byl zapojen do několika vyšetřování železničních nehod, zejména katastrofy Dee Bridge v květnu 1847, a působil jako člen následné královské komise pro používání litiny v železničních strukturách. Podílel se na výpočtu sil vyvíjených pohybujícími se motory na mostech. Most selhal, protože litinový paprsek sloužil k podepření nákladu projíždějících vlaků. Litina je křehká v tahu nebo ohybu a mnoho dalších podobných mostů muselo být zbořeno nebo vyztuženo.

Most Fallen Tay ze severu

Objevil se jako znalec při katastrofě Tay Bridge , kde poskytl důkazy o účincích zatížení větrem na most. Středová část mostu (známá jako High Girders) byla během bouře 28. prosince 1879 zcela zničena, zatímco v úseku byl rychlík a všichni na palubě zemřeli (více než 75 obětí). Vyšetřovací rada vyslechla mnoho znaleckých svědků a dospěla k závěru, že most byl „špatně navržen, špatně postaven a špatně udržován“.

V důsledku svých důkazů byl jmenován členem následné královské komise pro účinek tlaku větru na konstrukce. Účinky silného větru na velké stavby byly v té době opomíjeny a komise provedla sérii měření po celé Británii, aby získala ocenění rychlosti větru během bouří a tlaků, které na exponované povrchy vyvíjely.

Práce na náboženství

Stokes obecně zastával konzervativní náboženské hodnoty a víry. V roce 1886 se stal prezidentem Victoria Institute , který byl založen k obraně evangelikálních křesťanských zásad před výzvami nových věd, zejména darwinovské teorie biologické evoluce . Měl 1891 Gifford přednášku o přírodní teologii . Byl také viceprezidentem Britské a zahraniční biblické společnosti a aktivně se účastnil naukových debat o misionářské práci. Ačkoli jeho náboženské názory byly většinou ortodoxní, byl mezi viktoriánskými evangelíky neobvyklý v odmítání věčného trestu v pekle a místo toho byl zastáncem podmíněnosti .

Jako prezident Viktoriina institutu Stokes napsal: „Všichni přiznáváme, že kniha přírody a kniha Zjevení pocházejí od Boha stejně, a že v důsledku toho nemůže mezi nimi existovat skutečný rozpor, pokud jsou správně interpretovány. Ustanovení vědy a Zjevení jsou z větší části tak zřetelná, že je malá šance na kolizi. Pokud by ale došlo ke zjevné nesrovnalosti, nemáme v zásadě právo vyloučit ani jedno ve prospěch druhého. Protože jakkoli jsme pevně přesvědčeni, můžeme být po pravdě zjevení, musíme přiznat svou odpovědnost za omyl, pokud jde o rozsah nebo interpretaci odhaleného; a ať už jsou vědecké důkazy ve prospěch teorie jakékoli silné, musíme pamatovat na to, že máme co do činění s důkazy, které ve své přírody, je pouze pravděpodobná a lze si představit, že by nás širší vědecké znalosti mohly vést ke změně našeho názoru “.

Osobní život

Oženil se dne 4. července 1857 v katedrále svatého Patrika, Armagh , Mary Susanna Robinson, dcera astronom Rev Thomas Romney Robinson . Měli pět dětí: Arthur Romney, který zdědil baronetcy; Susanna Elizabeth, která zemřela v dětství; Isabella Lucy (paní Laurence Humphry), která přispěla osobními vzpomínkami svého otce do „Memoáru a vědecké korespondence pozdního George Gabriela Stokese, Barta“; Dr. William George Gabriel, lékař, problémový muž, který spáchal sebevraždu ve věku 30 let, zatímco byl dočasně duševně nemocný; a Dora Susanna, která zemřela v dětství. Jeho mužská linie, a tedy i jeho baronetství, vyhynuli, ale prostřednictvím ženské linie jej přežil jeden pravnuk, jedna pravnučka a tři prapravnoučata.

Dědictví a vyznamenání

Stokes George G.jpg

Publikace

Stokesovy matematické a fyzické práce (viz externí odkazy) byly publikovány ve shromážděné formě v pěti svazcích; první tři (Cambridge, 1880, 1883 a 1901) pod jeho vlastní redakcí a dva poslední (Cambridge, 1904 a 1905) pod vedením sira Josepha Larmora , který také vybral a uspořádal Memoáre a vědeckou korespondenci Stokes vydanou v Cambridge v roce 1907.

Reference

Další čtení

externí odkazy

Parlament Spojeného království
Předchází
Henry Cecil Raikes
Alexander Beresford Hope
Člen parlamentu Cambridgeské univerzity
1887 - 1892
S: Henry Cecil Raikes do roku 1891
Sir Richard Claverhouse Jebb od roku 1891
Uspěl
Sir Richard Claverhouse Jebb
Sir John Eldon Gorst
Baronetage Spojeného království
Nové stvoření Baronet
(z Lensfield Cottage)
1889–1903
Uspěl
Arthur Stokes
Profesní a akademické asociace
PředcházetThomas
Henry Huxley
35. prezident Královské společnosti
1885–1890
Uspěl
William Thomson
Akademické kanceláře
Předcházet
Charles Edward Searle
Master of Pembroke College, Cambridge
1902-1903
Uspěl
Arthur James Mason