לדלג לתוכן

ג'ורג' סטוקס

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
ג'ורג' סטוקס
Sir George Stokes, 1st Baronet
לידה 13 באוגוסט 1819
Skreen, הממלכה המאוחדת של בריטניה הגדולה ואירלנד עריכת הנתון בוויקינתונים
פטירה 1 בפברואר 1903 (בגיל 83)
קיימברידג', הממלכה המאוחדת של בריטניה הגדולה ואירלנד עריכת הנתון בוויקינתונים
מקום קבורה בית הקברות מיל רואד עריכת הנתון בוויקינתונים
שם לידה George Gabriel Stokes עריכת הנתון בוויקינתונים
מדינה אנגליה
ענף מדעי פיזיקה, מתמטיקה
השכלה
  • מכללת פמברוק (1841)
  • City of Bristol College (1837) עריכת הנתון בוויקינתונים
מנחה לדוקטורט ויליאם הופקינס עריכת הנתון בוויקינתונים
תפקיד
  • חבר הפרלמנט ה־24 של הממלכה המאוחדת (17 בנובמבר 1887–28 ביוני 1892)
  • הפרופסורה הלוקאסיאנית למתמטיקה (1849–1903)
  • נשיא החברה המלכותית (1885–1890)
  • יושב ראש (1886–1903) עריכת הנתון בוויקינתונים
תארים ברונט עריכת הנתון בוויקינתונים
תלמידי דוקטורט ג'ון ויליאם סטראט ריילי, הוראס לאמב עריכת הנתון בוויקינתונים
אב Gabriel Stokes עריכת הנתון בוויקינתונים
אם Elizabeth Haughton עריכת הנתון בוויקינתונים
השקפה דתית אנגליקניזם עריכת הנתון בוויקינתונים
בן או בת זוג Mary Susanna Stokes עריכת הנתון בוויקינתונים
ילדים Sir Arthur Romney Stokes, 2nd Baronet עריכת הנתון בוויקינתונים
פרסים והוקרה
הערות שימש כסגן ולאחר מכן כנשיא החברה המלכותית.
תרומות עיקריות
תרומות מרכזיות במכניקת הזורמים (כולל משוואות נאוויה-סטוקס), אופטיקה וחשבון דיפרנציאלי
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית

סר ג'ורג' גבריאל סטוקס (באנגלית: Sir George Gabriel Stokes;‏ 13 באוגוסט 1819 – 1 בפברואר 1903) היה פיזיקאי ומתמטיקאי בריטי, אשר הניח תרומות מרכזיות לתחומים רבים הכוללים את מכניקת הזורמים, אופטיקה וחשבון דיפרנציאלי ואינטגרלי. היה אחת הדמויות הדומיננטיות במדע הבריטי במאה ה-19, ובין היתר שימש כסגן ולאחר מכן כנשיא החברה המלכותית בשנים 1885–1890.

כפיזיקאי, סטוקס הרים תרומות אדירות למכניקת הזורמים, שכוללות את הניסוח של משוואות נאוויה-סטוקס ושפע של יישומים ופתרונות למקרים פרטיים שסטוקס מצא עבורן, ואת מחקרו המעמיק מאוד על התאוריה של גלי מים. כמו כן, הרים סטוקס תרומות יסודיות רבות לאופטיקה פיזיקלית עם מאמרים רבים על התאוריה הגלית של האור (ביניהם אחדים על הרחבת התאוריה של קשת בענן), קיטוב ופלואורסצנציה. כמתמטיקאי, הוא תרם לחשבון דיפרנציאלי ואינטגרלי (הוא ניסח את הגרסה הראשונית של המשפט הידוע כיום כמשפט סטוקס באנליזה וקטורית), ותרם לתאוריה של פיתוחים אסימפטוטיים. סטוקס, יחד עם פליקס הוף-סיילר, הדגים לראשונה את תפקיד הובלת החמצן בדם של ההמוגלובין והראה את שינוי הצבע הנגרמים על ידי חמצון של תמיסות המוגלובין.

הוא נולד בדבלין, אירלנד ובשנת 1837 החל את לימודיו באוניברסיטת קיימברידג'. עם סיום הלימודים החל ללמד באוניברסיטה ובשנת 1849 קיבל משרת פרופסור למתמטיקה.

תרומות למדע

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכניקת הזורמים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

עבודותיו המפורסמות הראשונות, שהופיעו בשנים 1842 ו-1843, עסקו בתנועה היציבה של זורמים אי-דחיסים ובכמה מקרים של תנועת זורמים.[1][2] לאחר מכן הופיעו מאמרו מ-1845 על החיכוך של זורמים בתנועה ושיווי המשקל והתנועה של מוצקים אלסטיים,[3] ומאמרו מ-1850 על ההשפעה של החיכוך הפנימי של הזורמים על תנועת מטוטלות.[4] לתאוריה של הקול הוא עשה מספר תרומות, כולל מחקר חשוב על ההשפעה של הרוח על אינטנסיביות (עוצמת) הקול[5] והסבר כיצד היא מושפעת מהטבע של הגז בו נוצר גל הקול.[6] התרומות האלו הציבו את מדע הדינמיקה של זורמים על בסיס חדש, וסיפקו את המפתח לא רק להסבר תופעות טבע רבות, כמו ההיתלות של עננים באוויר, אלא גם לפתרון בעיות מעשיות רבות, כמו הזרימה של מים בתעלות ונהרות, וגרר העור (skin resistance) של ספינות.

זרימה זוחלת

[עריכת קוד מקור | עריכה]
ערך מורחב – חוק סטוקס
זרימה זוחלת מסביב לספירה.

עבודתו על תנועת זורמים וצמיגות הובילה לחישוב שלו את המהירות הטרמינלית של כדור קטן הנופל בתווך צמיג. התוצאה שלו בתחום נודעה כחוק סטוקס. הוא גזר ביטוי לכוח החיכוך (הנקרא גם כוח גרר) המופעל על ידי התווך על כדורים עם מספרי ריינולדס נמוכים מאוד.[7]

עבודתו היא הבסיס לבניית מד הצמיגות (בלועזית: ויסקומטר), בו הזורם נייח בשפופרת זכוכית אנכית. כדור בגודל וצפיפות ידועים מושם בקצה העליון של השפופרת, כך שהוא צונח באיטיות בשפופרת. אם הפרמטרים נבחרים בקפידה, הכדור מגיע תוך זמן קצר למהירות הטרמינלית שלו, שניתנת למדידה לפי הזמן שלוקח לו לעבור שני קווי סימון על השפופרת. ניתן גם לשפר את דיוק המדידות של הזמן באמצעות חישה אלקטרונית. כשיודעים את המהירות הסופית, הגודל וצפיפות הכדור, וצפיפות הזורם, חוק סטוקס מאפשר לחשב את צמיגות הזורם.

אותה תאוריה מסבירה גם כיצד טיפות מים זעירות (או גבישי קרח) יכולות להישאר תלויות באוויר (כמו בעננים) עד שהן גדלות לרדיוס קריטי ומתחילות ליפול כגשם.

אור

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחקריו הידועים ביותר של סטוקס עסקו בתאוריה הגלית של האור. העבודה שלו באופטיקה החלה בשלב מוקדם בקריירה המדעית שלו. מאמריו הראשונים על האברציה של האור הופיעו ב-1845 ו-1846,[8][9] ואחריהם הופיע מאמר ב-1848 העוסק בפסים מסוימים הנראים בספקטרום.[10]

ב-1849 הוא פרסם מאמר ארוך מאוד על התאוריה הדינמית של עקיפת אור, בו הראה שמישור הקיטוב חייב להיות מאונך לכיוון ההתקדמות של גל.[11] שנתיים מאוחר יותר הוא דן בצבעים המופקים על ידי פלטות עבות.[12]

סטוקס חקר גם את התיאור המתמטי של קשתות בענן כפי שנוסח על ידי ג'ורג' איירי.[13] ממצאיו של איירי היו כרוכים בחישוב אינטגרל שהיה מסובך מאוד להעריך. סטוקס הביע את האינטגרל כטור מסוים, אשר אותו העריך בשיטות חדשות אשר הניבו קירוב לאינטגרל שהיה קל בהרבה לחשב מאשר האינטגרל עצמו.[14] מחקרו של סטוקס על טורים אסימפטוטיים הוביל לתובנות יסודיות על טורים כאלה.

פלואורסצנציה

[עריכת קוד מקור | עריכה]
פלואוריט.

ב-1852, במאמרו המפורסם של שינוי אורך הגל של אור, הוא תיאר את התופעה של פלואורסצנציה, כפי שהודגמה על ידי מעבר אור בחומרים כגון פלואוריט וזכוכית אורניום, חומרים אשר הוא ראה כבעלי יכולת להמיר קרינה אולטרה-סגולה בלתי נראית לקרינה בעלת אורכי גל ארוכים יותר שניתן לראות.[15] היסט סטוקס, שמתאר את ההמרה הזאת, נקרא על שמו. במאמרו, מודל מכני, המדגים את העיקרון הדינמי של הסברו שלו, הוצג. התוצא של מאמר זה, קו סטוקס, הוא הבסיס למודל של פיזור ראמאן. ב-1883, במהלך הרצאה מסוימת, לורד קלווין אמר שהוא שמע דיווח על האפקט הזה מסטוקס שנים רבות קודם לכן, וניסה בכל כוחו לשכנעו לפרסם את התוצאות שלו, אך ללא הצלחה.[16]

קיטוב

[עריכת קוד מקור | עריכה]
גביש קלציט המונח על נייר עליו כתובות מספר אותיות מדגים את תכונת השבירה הכפולה.

באותה שנה, 1852, הופיע מאמר על ההרכבה והרזולוציה של זרמים של אור מקוטב ממקורות שונים,[17] וב-1853 הופיעה מחקר על תכונת ההחזרה המתכתית שחומרים לא-מתכתיים מסוימים מפגינים.[18] המחקר הזה עמד על ייחודה של תופעת הקיטוב של אור. ב-1860 הוא היה מעורב בחקירה על העוצמה של אור המוחזר, או המועבר דרך, ערימה של לוחות[19]; וב-1862 הוא הכין דוח רב ערך על שבירה כפולה, תופעה בה גבישים מסוימים מראים מקדמי שבירה שונים לאורך צירים שונים.[20] אולי הצורה הידועה ביותר של גבישים כאלה היא פצלת איסלנדית, גביש קלציט שקוף.

מאמר על הספקטרום הארוך של אור חשמלי גם הופיע באותה תקופה[21], ואחריו הופיעה חקירה על ספקטרום הבליעה של דם.

אנליזה כימית

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הסיווג הכימי של גופים אורגניים לפי תכונותיהם האופטיות נעשה ב-1864;[22] בין היתר הרים סטוקס תרומה חשובה לביאור המבנה הכימי של הפיגמנט כלורופיל (המרכזי בתהליך הפוטוסינתזה אצל צמחים) בתקופה בה מדע זה עדיין היה בחיתוליו. מאוחר יותר, בצמוד לחקירותיו של ויליאם ורנון הרקורט, הוא חקר את הקשר בין ההרכב הכימי והתכונות האופטיות של מגוון זכוכיות, מחקר שהיה קשור גם בעבודתו על התנאים לשקיפות והשיפור של טלסקופים אכרומטיים.[23] מאמר מאוחר יותר שעסק בבנייה של מכשירים אופטיים דן בגבולות התאורטיים על הגודל של המפתח של אובייקטיב של מיקרוסקופ.[24]

מחקרים בתחומים אחרים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
הרדיומטר של Crookes.

עבודותיו בתחומים פיזיקליים אחרים כוללות את המאמר שלו על הולכה של חום בגבישים (1851),[25] ואת החקירות שלו בקשר לרדיומטר של קרוקס,[26] וחקירות נוספות בנוגע לאפקטים אופטיים מסוימים הנוצרים בעת צילום תמונות ובנוגע לקרני גמא.[27][28] שני מאמרים ארוכים שפורסמו ב-1849 - אחד על כוחות משיכה ומשפט קלרו,[29] והאחר על הווריאציה של הכבידה על פני כדור הארץ (1849),[30] גם ראויים לציון, כמו גם עבודותיו המתמטיות על הערכים הקריטיים של טורים מחזוריים (1847)[31] ועל החישוב הנומרי של מחלקה מסוימת של אינטגרלים מסוימים וטורים אינסופיים (1849).[32] גילה את המשוואה הדיפרנציאלית השלטת בשבירה של גשרי רכבות (1849).[33]

מחקרים לא מפורסמים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

על אף ההיקף הנרחב של עבודתו של סטוקס, עבודתו המפורסמת לא מייצגת נכונה את תרומתו לקידום המדע. רבות מהתגליות שלו לא נתפרסמו, או לפחות נודעו רק במסגרת ההרצאות שלו. דוגמה מצוינת היא עבודתו בספקטרוסקופיה.

סטוקס היה הראשון להציע את הרעיון שאנליזה ספקטרלית של אור יכולה לסייע בפענוח ההרכב הכימי של השמש וכוכבים אחרים, רעיון שנתמך בהשערה שלו שהחלקים הספקטרליים החסרים באור שמגיע מהשמש נבלעו במסעו של האור בשכבות החיצוניות של השמש. אף על פי כן, מספר שנים מאוחר יותר, כשקירכהוף פרסם לראשונה את ההסבר הזה, סטוקס לא טען לשום זכות קדימות על התגלית.

הוא תרם גם למדע הסובייקטיבי יותר של ראיית צבעים, כלומר למדע העוסק בכימות ההיבטים הפסיכולוגיים של הראייה. הוא היה בעל ידע נרחב בכימיה ובוטניקה, ותרומתו לביאור ההרכב הכימי של הכלורופיל כבר הוזכרה מקודם.

תרומתו של סטוקס למדע לא התמצתה בתרומות שלו בלבד, אלא גם בכך שהציע בעיות חשובות רבות ועודד אחרים לנסות והתמודד איתם. התכתובת המדעית שלו הייתה ענפה מאוד, והוא התכתב עם מדענים דגולים רבים אחרים מהתקופה, כגון לורד קלווין.

אותות הוקרה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרויים על שמו

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכניקת הזורמים:

אופטיקה:

מתמטיקה:

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא ג'ורג' סטוקס בוויקישיתוף

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ Stokes, G. G. (1842). "On the steady motion of incompressible fluids". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 7: 439–453.
  2. ^ Stokes, G.G. (1843). "On some cases of fluid motion". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 105–137.
  3. ^ Stokes, G.G. (1845). "On the theories of the internal friction of fluids in motion and of the equilibrium and motion of elastic solids". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 287–319.
  4. ^ Stokes, G. G. (1851). "On the effect of internal friction of fluids on the motion of pendulums". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 9, part ii: 8–106. Bibcode:1851TCaPS...9....8S.
  5. ^ Stokes, G.G. (1858). "On the effect of wind on the intensity of sound". Report of the Twenty-seventh Meeting of the British Association for the Advancement of Science; held at Dublin in August and September 1857: Notices and Abstracts of Miscellaneous Communications to the Sections. Report of the ... Meeting of the British Association for the Advancement of Science (1833). London, England: John Murray. pp. 22–23.
  6. ^ Stokes, G.G. (1868). "On the communication of vibration from a vibrating body to a surrounding gas". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 158: 447–463. doi:10.1098/rstl.1868.0017.
  7. ^ Stokes, G. G. (1851). "On the effect of internal friction of fluids on the motion of pendulums". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 9, part ii: 8–106. Bibcode:1851TCaPS...9....8S. The formula for terminal velocity (V) appears on p. [52], equation (127).
  8. ^ Stokes, G. G. (1845). "On the aberration of light". Philosophical Magazine. 3rd series. 27 (177): 9–15. doi:10.1080/14786444508645215.
  9. ^ Stokes, G.G. (1846). "On Fresnel's theory of the aberration of light". Philosophical Magazine. 3rd series. 28 (184): 76–81.
  10. ^ Stokes, G. G. (1848). "On the theory of certain bands seen in the spectrum". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 138: 227–242. doi:10.1098/rstl.1848.0016. S2CID 110243475.
  11. ^ Stokes, G. G. (1849). "On the dynamical theory of diffraction". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 9: 1–62.
  12. ^ Stokes, G.G. (1851). "On the colours of thick plates". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 9 (part ii): 147–176. Bibcode:1851TCaPS...9..147S.
  13. ^ ראו:
  14. ^ ראו:
  15. ^ Stokes, G. G. (1852) "On the change of refrangibility of light," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 142: 463–562.
  16. ^ Thomson, William (2 בפברואר 1883). "The size of atoms". Notices of the Proceedings at the Meetings of the Members of the Royal Institution, with Abstracts of the Discourses. 10: 185–213. {{cite journal}}: (עזרה) ; see pp. 207–208.
  17. ^ Stokes, G. G. (1852). "On the composition and resolution of streams of polarized light from different sources". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 9: 399–416. Bibcode:1851TCaPS...9..399S.
  18. ^ Stokes, G. G. (1853). "On the metallic reflection exhibited by certain nonmetallic substances". Philosophical Magazine. 4th series. 6: 393–403. doi:10.1080/14786445308647395.
  19. ^ Stokes, George G. (1862). "On the intensity of the light reflected from or transmitted through a pile of plates". Proceedings of the Royal Society of London. 11: 545–556. doi:10.1098/rspl.1860.0119.
  20. ^ Stokes, G. G. (1863). "Report on double refraction". Report of the Thirty-second Meeting of the British Association for the Advancement of Science; held at Cambridge in October 1862. London, England: John Murray. pp. 253–282.
  21. ^ Stokes, G. G. (1862). "On the long spectrum of electric light". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 152: 599–619. doi:10.1098/rstl.1862.0030.
  22. ^ Stokes, G. G. (1864). "On the application of the optical properties of bodies to the detection and discrimination of organic substances". Journal of the Chemical Society. 17: 304–318. doi:10.1039/js8641700304.
  23. ^ Stokes, G. G. (1872). "Notice of the researches of the late Rev. William Vernon Harcourt, on the conditions of transparency in glass, and the connexion between the chemical constitution and optical properties of different glasses". Report of the Forty-first Meeting of the British Association for the Advancement of Science; held at Edinburgh in August 1871: Notices and Abstracts of Miscellaneous Communications to the Sections. Report of the ... Meeting of the British Association for the Advancement of Science (1833). London, England: John Murray. pp. 38–41.
  24. ^ Stokes, G. G. (ביולי 1878). "On the question of a theoretical limit to the apertures of microscopic objectives". Journal of the Royal Microscopical Society. 1 (3): 139–142. doi:10.1111/j.1365-2818.1878.tb05472.x. {{cite journal}}: (עזרה)
  25. ^ Stokes, G. G. (1851). "On the conduction of heat in crystals". The Cambridge and Dublin Mathematical Journal. 6: 215–238.
  26. ^ Stokes, G. G. (1877). "On certain movements of radiometers". Proceedings of the Royal Society of London. 26 (179–184): 546–555. Bibcode:1877RSPS...26..546S. doi:10.1098/rspl.1877.0076.
  27. ^ Stokes, G. G. (25 במאי 1882). "On the cause of the light border frequently noticed in photographs just outside the outline of a dark body seen against the sky; with some introductory remarks on phosphorescence". Proceedings of the Royal Society of London. 34 (220–223): 63–68. Bibcode:1882RSPS...34...63S. doi:10.1098/rspl.1882.0012. S2CID 140690553. {{cite journal}}: (עזרה)
  28. ^ ראו:
  29. ^ Stokes, G. G. (1849). "On attractions, and on Clairaut's theorem". The Cambridge and Dublin Mathematical Journal. 4: 194–219.
  30. ^ Stokes, G. G. (1849). "On the variation of gravity at the surface of the Earth". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 672–695.
  31. ^ G. G. Stokes (presented: 1847; published: 1849) "On the critical values of the sums of periodic series," Transactions of the Cambridge Philosophical Society, 8 : 533–583.
  32. ^ G. G. Stokes (presented: 1850; published: 1856) "On the numerical calculation of a class of definite integrals and infinite series," Transactions of the Cambridge Philosophical Society, 9 (part 1): 166–188.
  33. ^ Stokes, G. G. (1849). "Discussion of a differential equation relating to the breaking of railway bridges". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 707–735.
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=ג%27ורג%27_סטוקס&oldid=42543871"