Stokes, Jorge Gabriel

Sir George Gabriel Stokes ( 13 de agosto de 1819  -  1 de febrero de 1903 ) fue un matemático , mecánico y físico teórico inglés de origen irlandés. Trabajó en la Universidad de Cambridge , hizo una contribución significativa a la dinámica de hidro y gas ( ecuaciones de Navier-Stokes ), la óptica y la física matemática .

Miembro de la Royal Society de Londres (1851), su secretario en 1854-1885. y presidente de 1885 a 1890. [1] [2] .

Biografía

Nació el 13 de agosto de 1819 en el pueblo de Skrin ( Irlanda ). Era el hijo menor del ministro evangelista protestante Gabriel Stokes. En 1841 se graduó en la Universidad de Cambridge , desde 1849  fue profesor de matemáticas en esta universidad [1] . Stokes se casó en 1857 . Murió en Cambridge el 1 de febrero de 1903 .

Actividad científica

El trabajo de Stokes es en mecánica teórica , hidrodinámica , teoría de la elasticidad , teoría de la vibración , óptica , cálculo y física matemática [1] .

Simultáneamente con F.L. Seidel, introdujo ( 1848 ) el concepto de convergencia uniforme de sucesiones y series [3] .

Volviendo a la hidrodinámica de un fluido viscoso , Stokes en 1845 en su trabajo "Sobre la teoría de la fricción interna en fluidos en movimiento y sobre el equilibrio y el movimiento de los sólidos elásticos" (publicado en 1849) derivó ecuaciones diferenciales que describen el flujo de fluidos viscosos (y , en el caso general, líquidos compresibles), ahora llamadas ecuaciones de Navier-Stokes . Los saca por quinta vez [4] ; antes fueron obtenidos por A. Navier (1821 - para el caso de un fluido incompresible), O. Cauchy (1828), S. Poisson (1829) y A. Saint-Venant (1843). Sin embargo, la tradición de asociar estas ecuaciones principalmente con los nombres de Navier y Stokes es históricamente bastante comprensible [5] , ya que es Stokes quien posee la versión de la derivación de estas ecuaciones, procediendo consistentemente del concepto continuo. El historiador de la ciencia I. B. Pogrebyssky señaló: "La atención al aspecto físico del asunto, teniendo en cuenta los resultados experimentales, una imagen cinemática clara del movimiento y una formulación exhaustiva del "principio" dinámico inicial, todo esto, combinado con varias aplicaciones exitosas. de la teoría, hizo del trabajo de Stokes el principal punto de partida para futuros artículos sobre la teoría del fluido viscoso” [4] .

Como Cauchy había hecho anteriormente, Stokes prologó sus consideraciones con un análisis cinemático completo, en el que descubrió la naturaleza de la vorticidad como una velocidad angular local  [6] .

Las ideas de Stokes sobre la mecánica molecular desempeñan un papel puramente auxiliar. Despreciando el componente irregular de la velocidad del fluido (dependiendo de las distancias entre las moléculas y las interacciones entre estas últimas), Stokes operó sobre la velocidad promedio (regular) del fluido en la vecindad de una partícula líquida. Su hipótesis inicial al derivar las ecuaciones de movimiento de un fluido viscoso fue la dependencia lineal de los seis componentes de tensión de los seis componentes de las velocidades de deformación de la partícula líquida [7] .

Al considerar un fluido como un medio continuo, Stokes recurrió al concepto de fricción interna , y su interpretación de este fenómeno se convirtió en una generalización de la interpretación de Newton . Sobre la base de sus resultados, Stokes hizo correcciones al análisis anterior de Newton del problema de la rotación de un fluido viscoso en un cilindro [6] . Como mostró Stokes, el error que cometió Newton al resolver este problema fue que este último, en lugar de los momentos de las fuerzas de fricción que actúan sobre las superficies exterior e interior de cada una de las capas cilíndricas identificadas mentalmente en el líquido, consideró estas fuerzas en sí mismas. Como resultado, Newton encontró que el tiempo de una revolución de una partícula líquida depende linealmente del radio de la capa cilíndrica, y de los resultados de Stokes se deduce que este tiempo es proporcional al cuadrado del radio [8] .

Stokes también pudo explicar teóricamente la fórmula de Hagen-Poiseuille para el caudal de un fluido viscoso incompresible en un flujo estacionario en una tubería cilíndrica [9] .

En 1848, Stokes obtuvo ecuaciones diferenciales que describen la ley del cambio de vórtice en el tiempo [10] . En 1851, derivó una fórmula para la fuerza de resistencia que actúa sobre una bola sólida durante su movimiento lento y uniforme en un fluido viscoso ilimitado [11] . Esta fórmula, la fórmula de Stokes  , tiene la forma:

donde y  son el radio y la velocidad de la bola,  es el coeficiente dinámico de viscosidad del fluido [12] .

Stokes también estudió la absorción del sonido en líquidos; sin embargo, el análisis de Stokes fue incompleto, ya que consideró la viscosidad como el único mecanismo disipador , pero no consideró la conductividad térmica (que no se podía hacer antes del descubrimiento de la relación entre calor y trabajo ) [6] .

En cuanto al trabajo de Stokes en el campo de la teoría de la elasticidad , en el ya mencionado trabajo “Sobre la teoría de la fricción interna en fluidos en movimiento y sobre el equilibrio y movimiento de los cuerpos sólidos elásticos”, demostró que la propiedad de los cuerpos elásticos realizar oscilaciones isócronas se debe al hecho de que a pequeñas deformaciones de tensión, que surgen en el cuerpo son funciones lineales de deformaciones [13] . Stokes también investigó la desviación dinámica de los puentes [3] .

En el campo de la óptica , Stokes investigó la aberración de la luz , los anillos de Newton , la interferencia y polarización de la luz, los espectros , la luminiscencia . En 1852 estableció que la longitud de onda de la fotoluminiscencia es mayor que la longitud de onda de la luz excitante ( regla de Stokes ) [11] .

Una de las fórmulas más importantes del análisis vectorial también lleva el nombre de Stokes  : la fórmula de Stokes , que conecta el rizo de un campo vectorial con la circulación de este campo a lo largo de un contorno cerrado que limita una cierta sección de una superficie orientada. Esta fórmula fue obtenida en 1849 por W. Thomson ; y Stokes lo incluyó en el examen competitivo anual de matemáticas en Cambridge, que realizó entre 1849 y 1882 [14] .

Reconocimiento

De 1849 a 1903, George Stokes fue reelegido profesor lucasiano honorario en la Universidad de Cambridge. Por sus logros en el campo de la investigación de la luz en 1852, Stokes recibió la Medalla Rumfoord de la Royal Society , y en 1893 la Medalla Copley . En 1889 recibió el título nobiliario de baronet .

Fue miembro de muchas academias extranjeras, incluida la Academia de Ciencias de París [11] [15] y la Academia Médica Militar de San Petersburgo .

La unidad de viscosidad CGS , un cráter en la Luna y un cráter en Marte , el mineral stokesite, lleva su nombre.

Véase también

• Ley de Stokes (hidrodinámica)
• Teorema de Stokes (geometría diferencial)
• Cambio de Stokes (fluorescencia)
• Ecuaciones de Navier-Stokes (hidrodinámica)
• Stokes (unidad de viscosidad)
• Parámetros de Stokes (polarización de ondas electromagnéticas)

Notas

1. ↑ 1 2 3 Bogolyubov, 1983 , p. 454.
2. ↑ Stokes; Señor; George Gabriel (1819 - 1903) // Sitio web de la Royal Society of London  (inglés)
3. ↑ 1 2 Bogolyubov, 1983 , p. 455.
4. ↑ 1 2 Pogrebyssky, 1966 , p. 129.
5. ↑ Pogrebyssky, 1966 , pág. 143.
6. ↑ 1 2 3 Truesdell, 1976 , pág. 122.
7. ↑ Tyulina, 1979 , pág. 233-234.
8. ↑ Tyulina, 1979 , pág. 224.
9. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , pág. 82.
10. ↑ Pogrebyssky, 1966 , pág. 288.
11. ↑ 1 2 3 Khramov, 1983 , p. 255.
12. ↑ Landau, Lifshitz, 1986 , pág. 93.
13. ↑ Pogrebyssky, 1966 , pág. 117.
14. ↑ Shilov, 1972 , pág. 385.
15. ↑ Les membres du passé dont le nom begin par S Archivado el 6 de agosto de 2020 en Wayback Machine  (FR)

Literatura

• Bogolyubov A. N.  Matemáticas. Mecánica. Guía biográfica. - Kyiv: Naukova Dumka, 1983. - 639 p.
• Kudryavtsev PS  Historia de la Física. T. 2. - M. : Uchpedgiz, 1956. - 488 p.
• Landau L. D. , Lifshits E. M.  Hidrodinámica. 3ra ed. — M .: Nauka, 1986. — 736 p. - (Física Teórica. Vol. VI).
• Pogrebyssky I. B.  De Lagrange a Einstein: Mecánica clásica del siglo XIX. — M .: Nauka, 1966. — 327 p.
• Tyulina I. A.  Historia y metodología de la mecánica. - M. : Editorial de Moscú. un-ta, 1979. - 282 p.
• Khramov Yu. A. Stokes George Gabriel // Físicos: Guía biográfica / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2º, rev. y adicional — M  .: Nauka , 1983. — S. 254. — 400 p. - 200.000 copias.
• Shilov G. E.  Análisis matemático. Funciones de varias variables reales, hh. 1-2. - M. : Nauka, 1972. - 624 p.
• Scott B. E.  Hombres e hitos en la óptica. GG Stokes // Apl. Óptica , 1 , 1. - 1962.  - P. 69-73.
• Truesdell C.  Historia de la mecánica clásica. Parte II, los siglos XIX y XX // Die Naturwissenschaften , 63 , 3. - 1976.  - P. 119-130.

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