Джон Скотт Рассел - John Scott Russell

Джон Скотт Рассел
Рассел Дж. Скотт.jpg
Джон Скотт Рассел в 1847 году
Родившийся9 мая 1808 г. (1808-05-09)
Parkhead, Глазго, Шотландия
Умер8 июня 1882 г. (1882-06-09) (74 года)
Вентнор, Остров Уайт, Англия
НациональностьБританский
ОбразованиеЭдинбургский университет, Сент-Эндрюсский университет, Университет Глазго
Род занятийИнженер
Супруг (а)Харриетт Рассел (урожденная Осборн)
ДетиОсборн Рассел, Норман Скотт Рассел, Луиза Скотт Рассел, Мэри Рэйчел Скотт Рассел, Элис М. Скотт Рассел
Родители)Дэвид Рассел и Агнес Кларк Скотт
Инженерная карьера
УчрежденияКоролевское общество Эдинбурга (Советник 1838-9), Королевское общество, Институт инженеров-строителей (Вице-президент), Институт военно-морских архитекторов (Вице-президент), Общество искусств (Секретарь 1845-50)
НаградыКейт Приз

Джон Скотт Рассел FRSE ФРС FRSA (9 мая 1808 г., Parkhead, Глазго - 8 июня 1882 г., Вентнор, Остров Уайт) был шотландским инженер-строитель, кораблестроитель и судостроитель, построивший Грейт-Истерн в сотрудничестве с Исамбард Кингдом Брунель. Он открыл волну перевода, которая породила современные исследования солитоны, разработал волновую систему судостроения.

Рассел был популяризатором Большая выставка 1851 года.

Ранние годы

Джон Рассел родился 9 мая 1808 года в Паркхеде, Глазго, в семье преподобного Дэвида Рассела и Агнес Кларк Скотт. Он провел один год в Сент-Эндрюсский университет перед переходом в Университет Глазго. В то время как в университете Глазго он добавил девичью фамилию своей матери, Скотт, к своей собственной, чтобы стать Джоном Скоттом Расселом. Он окончил университет Глазго в 1825 году в возрасте 17 лет и переехал в Эдинбург где он преподавал математику и естественные науки в Лейт Институт механики, достигая самой высокой посещаемости в городе.[1]

О смерти Сэр Джон Лесли, Профессор Естественная философия в Эдинбургский университет В 1832 году Скотт Рассел, хотя ему было всего 24 года, был избран временно заполнить вакансию до избрания постоянного профессора из-за его глубоких знаний в области естественных наук и популярности в качестве лектора. Но, хотя его поощряли баллотироваться на постоянную должность, он отказался конкурировать с другим кандидатом, которым восхищался, и после этого сосредоточил внимание на профессии инженера и экспериментальных исследованиях в больших масштабах.[2]

Семейная жизнь

Он женился на Харриетт Осборн, дочери ирландского баронета. Сэр Дэниэл Толер Осборн и Гарриетт Тренч, дочь Граф Кланкарти в Дублин в 1839 г .; у них было два сына (выжил Норман) и три дочери, Луиза (1841–1878), Рэйчел (1845–1882) и Алиса. В Лондоне они прожили пять лет в доме, предназначенном для секретаря Общество искусств а затем переехал в Sydenham Hill, который стал центром внимания, особенно после того, как Рассел и его друзья переехали Пакстон теплица для Большая выставка к Хрустальный дворец рядом.[3]

Артур Салливан и его друг Фредерик Клей были частыми гостями в доме Скотта Рассела в середине 1860-х годов; Клей обручился с Алисой, и Салливан ухаживал за Рэйчел. В то время как Клей был из богатой семьи, Салливан все еще был бедным молодым композитором из бедной семьи; Скотт Расселы приветствовали помолвку Алисы с Клэем, который, однако, прервал ее, но запретил отношения между Салливаном и Рэйчел, хотя они продолжали тайно видеться. В какой-то момент в 1868 году Салливан завязал одновременный (и секретный) роман с Луизой (1841–1878). Оба отношения прекратились к началу 1869 года.[4]

Американский инженер Александр Лайман Холли оказал поддержку Скотту Расселу и его семье во время его различных визитов в Лондон во время строительства Грейт-Истерн. Холли также посетила дом Скотта Рассела в Сиденхэме. В результате Холли и его коллега Зера Колберн, совершил первое плавание Грейт-Истерн из Саутгемптона в Нью-Йорк в июне 1860 года. Сын Скотта Рассела, Норман, останавливался с Холли в его доме в Бруклине - Норман также совершил первое путешествие, одно путешествие, которое не совершил Джон Скотт Рассел.

Его сын, Норман, вслед за отцом стал военно-морским архитектором, внося свой вклад в Институт военно-морских архитекторов, основанный его отцом.[5]

Паровоз

Паровоз с котлом под осью и двумя поршнями

Находясь в Эдинбурге, он экспериментировал с паровыми двигателями, используя квадратный котел, для которого он разработал метод удержания поверхности котла, который стал универсальным. В Шотландская компания паровых вагонов был сформирован паровой вагон с двумя цилиндрами, развивающими мощность по 12 лошадиных сил каждый. Шесть из них были построены в 1834 году, имели хорошую амортизацию и были оборудованы по самым высоким стандартам, и с марта 1834 года они находились между Глазго. Джордж-сквер и отель Tontine в Пейсли с почасовыми интервалами со скоростью 15 миль в час. Управляющие дороги возразили, что это изнашивает дорогу и создает на дороге различные препятствия из бревен и камней, что на самом деле создает больший дискомфорт для конных экипажей. Но в июле 1834 года один из вагонов перевернулся и разбился котел, в результате чего погибли несколько пассажиров. Двое тренеров были отправлены в Лондон, где они короткое время курсировали между Лондоном и Гринвичем.[6][7]

Волна перевода

В 1834 году, проводя эксперименты по определению наиболее эффективной конструкции лодок для каналов, он обнаружил явление, которое он описал как волна перевода. В динамика жидкостей волна теперь называется Расселловской уединенная волна. Открытие описано здесь его собственными словами:[8][9]

Я наблюдал за движением лодки, которую пара лошадей быстро тащила по узкому каналу, когда лодка внезапно остановилась - совсем не то количество воды в канале, которое она привела в движение; она скапливалась вокруг носа судна в состоянии сильного волнения, а затем внезапно оставила его позади и катилась вперед с большой скоростью, принимая форму большого уединенного возвышения, округлой, гладкой и четко очерченной груды воды, которая продолжалась его курс по каналу, очевидно, без изменения формы или уменьшения скорости. Я последовал за ним верхом и обогнал его, все еще катящегося со скоростью около восьми или девяти миль в час [14 км / ч], сохранив его первоначальную фигуру около тридцати футов [9 м] в длину и от фута до фута и половина [30–45 см] высотой. Его высота постепенно уменьшалась, и после погони на одну-две мили [2–3 км] я потерял ее в петлях канала. Так в августе 1834 года я впервые встретился с тем необычным и красивым явлением, которое я назвал Волной Трансляции.

Скотт Рассел потратил некоторое время на практические и теоретические исследования этих волн. Он построил волновые резервуары у себя дома и заметил некоторые ключевые свойства:

  • Волны стабильны и могут распространяться на очень большие расстояния (нормальные волны имеют тенденцию либо сглаживаться, либо становиться круче и опрокидываться).
  • Скорость зависит от размера волны, а ее ширина - от глубины воды.
  • В отличие от обычных волн, они никогда не сливаются, поэтому небольшая волна догоняет большую, а не объединяются две.
  • Если волна слишком велика для глубины воды, она разделяется на две, одну большую и одну маленькую.
Уединенная волна в лаборатории волновой канал.

Экспериментальная работа Скотта Рассела контрастировала с Исаак Ньютон 'песок Даниэль Бернулли теории гидродинамика. Джордж Бидделл Эйри и Джордж Габриэль Стоукс было трудно принять экспериментальные наблюдения Скотта Рассела, потому что наблюдения Скотта Рассела не могли быть объяснены существующими теориями волн на воде. Его современники потратили некоторое время на попытки расширить теорию, но потребовалось время до 1870-х годов, прежде чем было дано объяснение.

Лорд Рэйли опубликовал статью в Philosophical Magazine в 1876 году, чтобы поддержать экспериментальное наблюдение Джона Скотта Рассела с его математической теорией.[10] В своей статье 1876 года лорд Рэлей упомянул имя Скотта Рассела, а также признал, что первое теоретическое исследование было проведено Джозефом Валентином Буссинеском в 1871 году. Жозеф Буссинеск упомянул имя Скотта Рассела в своей статье 1871 года.[11] Таким образом, наблюдения Скотта Рассела об уединенных волнах были приняты некоторыми выдающимися учеными еще при его жизни как истинные.

Кортевег и де Фрис не упомянули имя Джона Скотта Рассела в своей статье 1895 года, но они процитировали статью Буссинеска в 1871 году и статью лорда Рэлея в 1876 году. Хотя статья Кортевега и де Фриза в 1895 году не была первой теоретической трактовкой этого предмета, она была очень важная веха в истории развития солитон теория.[12]

Только в 1960-х годах и с появлением современных компьютеров значение открытия Скотта Рассела в физика, электроника, биология и особенно волоконная оптика начали понимать, что привело к современной общей теории солитоны.[13]

Обратите внимание, что солитоны по определению не изменяют форму и скорость из-за столкновения с другими солитонами.[14] Итак, уединенные волны на водной поверхности не являются солитонами - после взаимодействия двух (встречных или догоняющих) уединенных волн они немного изменились в амплитуда и остаточный колебательный остаток остается позади.[15]

Система волновых линий

Схема лука по волновому принципу

Когда Рассел получил возможность наблюдать лодки на беспрецедентных до сих пор скоростях на переднем крае своей волны переноса, он занялся более фундаментальной проблемой для конструкции лодки - нахождением формы корпуса, которая дает наименьшее сопротивление. По его мнению, это было связано с эффективным перемещением массы воды с пути корпуса, а затем обратно, чтобы заполнить зазор после того, как он прошел. Путем тщательных измерений с помощью динамометров он подтвердил свою теорию о том, что осознанный синус волна создает идеальную форму.

Первоначально он думал, что корма может быть зеркалом форштевня, но вскоре понял, что удаление воды производит нечто более близкое к обычным волнам, чем его одиночные волны, и в итоге получил закругленную корму с цепной формой.

Его исследования произвели революцию в дизайне корпусов торговых и военно-морских судов. Большинство кораблей того времени имели закругленную носовую часть для оптимизации грузоподъемности, но начиная с 1840-х гг. клиперы "начали показывать вогнутые носы, как и все чаще пароходы, кульминацией которых стали Грейт-Истерн. После того, как его взгляды были изложены коммандером Фишборном,[16] американский военно-морской архитектор Джон В. Гриффитс признал силу работы Рассела в его Трактат о морской и военно-морской архитектуре 1850 г.[17] хотя он неохотно признал свой долг Расселу.

Эффект Допплера

Скотт Рассел сделал одно из первых экспериментальных наблюдений[18]из Эффект Допплера которую он опубликовал в 1848 году. Кристиан Доплер опубликовал свою теорию в 1842 году.

Профессиональное объединение

Большая часть ранних экспериментальных работ Рассела проводилась под эгидой Британская ассоциация и на протяжении всей своей жизни он вносил вклад в научные и профессиональные ассоциации, которые становились все более важными в ту эпоху.

В 1844 году железнодорожный бум был в разгаре. Рассел написал статью о паровом двигателе и паровой навигации для 7-го издания Британская энциклопедия в 1841 г., который также появился в виде книги.[19] Чарльз Вентворт Дилк предложили ему должность редактора новой еженедельной газеты, Железнодорожная хроника в Лондоне, и вскоре семья Расселов поселилась в маленькой двухкомнатной квартире в Вестминстер. В следующем году он также стал секретарем комитета, созданного Королевское общество искусств организовать национальную выставку, предоставив им таунхаус в Strand. Рассел вскоре представил Генри Коул в комитет, и когда за несколько недель до первой выставки 1847 года не было экспонентов, Рассел и Коул провели целых три дня, путешествуя по Лондону, чтобы привлечь производителей и владельцев магазинов. Эта и две последующие выставки имели такой успех, что международная версия была запланирована на 1851 год. К этому времени Рассел снова приступил к судостроению, железнодорожный бум закончился, и, хотя он стал назначенным секретарем RSA для Большая выставка Генри Коул к этому моменту взял на себя инициативу, и в итоге он получил только золотую медаль в качестве награды за большую работу.

Он стал членом Институт инженеров-строителей в 1847 году регулярно посещал и делал взносы, был избран в совет в 1857 году и стал вице-президентом в 1862 году. Однако он оказался вовлеченным в финансовый спор с Сэр Уильям Армстронг и не стал президентом. Но «как оратор, и особенно как оратор после ужина, ему было мало равных».[20] Он был избран Член Королевского общества в 1849 году, хотя он внес меньше.

В 1860 году на собрании в своем доме в Сиденхэме Институт военно-морских архитекторов была создана, с Расселом в качестве одного из профессиональных вице-президентов.[21] Он присутствовал на большинстве встреч и редко оставлял комментарии.[22] В 1864 году он опубликовал массивный трехтомный трактат о Современная система военно-морской архитектуры в котором представлены профили многих строящихся кораблей.

В его некрологе о морской архитектуре говорится:

«Можно сказать, что, начав свою карьеру, он счел ее наиболее эмпирической из искусств и оставил ее одной из самых точных инженерных наук. Этому великому результату способствовали многие другие, помимо него самого; но его личные исследования и теории, которые он выводил из них, дали первый толчок научной военно-морской архитектуре ».[20]

Судостроение

Джон Скотт Рассел (строитель), Генри Уэйкфилд (помощник Рассела), Исамбард Кингдом Брюнель (дизайнер) и лорд Дерби на запуске Грейт-Истерн.

Примерно с 1838 года Скотт Рассел работал в небольшом Гринок верфи Thomson and Spiers, где он представил свою систему волновых линий для серии Королевская почта кораблей вместе со многими другими нововведениями. После того, как верфь была поглощена Caird, он решил переехать в Лондон и в 1848 году купил Millwall Iron Works судостроение Компания. Он построил для Брунеля два корабля для австралийского рейса, примерно такого же размера, как у Брунеля. СС Великобритания, Аделаида и Виктория. Проблемы с заправкой и водой заставили Брунеля подумать о более крупных кораблях для этого рейса, но еще пять были построены в том же классе.[23]

Его высоко ценили Исамбард Кингдом Брунель который сделал его партнером в своем проекте по созданию Грейт-Истерн. Хотя первоначальная концепция, ячеистая конструкция и совместное использование лопасти и винта были идеями Брунеля, «корабль воплощает форму линии волны, продольную систему конструкции, полные и частичные переборки и другие детали конструкции, которые были своеобразными. Скотта Рассела ".[20] Этот проект был сопряжен с рядом проблем: Скотт Рассел сделал ставку, которая была слишком заниженной, в результате чего он обанкротился на полпути, хотя он выздоровел, чтобы закончить работу; но именно Брюнель настаивал на боковом запуске, а не на сухом доке, который предпочитал Рассел.[24] Грейт-Истерн в конечном итоге была запущена в 1858 году. Скотт Рассел был лучшим ученым, чем бизнесмен, и его репутация так и не оправилась от финансовых нарушений и споров.

В 1850-х годах он выступал в военно-морском флоте за постройку железных военных кораблей и первый проект, HMSВоин, некоторые говорят, что это "корабль Рассела".[25][26] Впоследствии он жаловался на секретность, препятствующую открытому обсуждению вопросов, критикуя представителей военно-морского флота, которые утверждали, что железные корабли нельзя защитить.[27][28]

В 1868 году он спроектировал паромную переправу для Боденское озеро у которого было необычное требование, чтобы его осадка была ограничена шестью футами (1,85 м). Он достиг этого, используя надстройку, чтобы выдерживать нагрузки поезда. Он использовал это как основу для переправы через канал, которая могла управлять мелкой гаванью Дувра, но это не было реализовано до 1933 года.[29][30]

Венская ротонда

Ротунда

Хотя его дизайн для Большой выставки превзошел Джозеф Пакстон, Скотт Рассел разработал Rotunde для 1873 г. Венская выставка. При диаметре 108 метров (354 фута) он почти целое столетие был самым большим куполом в мире, без каких-либо связей, закрывающих обзор. Некоторые считают это его величайшим достижением в области строительства.[31]

Почести и награды

В 1838 году он был награжден золотой медалью. Кейт Медаль Королевским обществом Эдинбурга за его доклад «О законах, согласно которым вода противодействует движению плавающих тел». Он был избран Член Королевского общества в июне 1849 г. Воспоминания о «Великой уединенной волне Первого Порядка, или Волна трансляции», опубликованные в «Трудах Королевского общества Эдинбурга», а также несколько воспоминаний в отчетах Британской ассоциации..[32]

В 1995 году акведук, несущий Union Canal - тот же канал, где он наблюдал свою волну трансляции - через Эдинбургский обход (A720) был назван Акведук Скотта Рассела в его памяти. Также в 1995 году эффект гидродинамического солитона был воспроизведен недалеко от того места, где Джон Скотт Рассел наблюдал гидродинамические солитоны в 1834 году.

Здание на Университет Хериот-Ватт назван в его честь.

В 2019 году он был введен в должность Зал славы инженеров Шотландии[33]

Публикации

Его статья 1844 года стала классической и довольно часто цитируется в солитон связанные документы или книги даже спустя более ста пятидесяти лет.

  • Рассел, Дж. Скотт (1845). «Отчет о волнах». Отчет четырнадцатого собрания Британской ассоциации содействия развитию науки, Йорк, сентябрь 1844 г. (PDF). Лондон: Джон Мюррей. 311–390, пластины XLVII – LVII.
  • Рассел, Дж. Скотт (1864). Современная система военно-морской архитектуры. Лондон: День и сын. OCLC  80429969.
  • Рассел, Дж. Скотт (1885). Волна трансляции в океанах воды, воздуха и эфира. Лондон: Trübner & Co. OCLC  39005948.

Примечания

  1. ^ Эммерсон 1977, п. 7
  2. ^ "Некролог, Джон Скотт Рассел, ФРС" (PDF). Протоколы работы института инженеров-строителей. 87. 1887.CS1 maint: ref = harv (связь)[постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ Эммерсон 1977, п. 260
  4. ^ Эйджер, стр. 87. Сохранилось около двухсот любовных писем от двух женщин к Салливану.
  5. ^ Рассел, Норман Скотт (1864). «Об относительных достоинствах бортовых и турельных орудий». Институт военно-морских архитекторов. 4: 161–7.
  6. ^ Недели, Лайман Гораций (2010). История автомобиля и его изобретатели. Tec Books. п. 85. ISBN  9783861952428.
  7. ^ "Паровоз, 1834 г. - Библиотека Митчелла, Собрание Глазго". История Глазго. Получено 29 марта 2019.
  8. ^ Рассел (1845)
  9. ^ Этот отрывок повторяется во многих статьях и книгах по теории солитонов.
  10. ^ Лорд Рэйли (1876 г.). «На волнах». Философский журнал. Серия 5. 1 (4): 257–279.
  11. ^ Буссинеск, Дж. (1871). "Théorie de l'intumescence liquide, applelee onde solitaire или перевод, se propageant dans un canal rectangulaire". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. 72: 755–759.
  12. ^ Кортевег, Д.Дж.; де Фрис, Г. (1895). «Об изменении формы длинных волн, продвигающихся в прямоугольном канале, и о новом типе длинных стационарных волн». Философский журнал. 5-я серия. 39 (240): 422–443. Дои:10.1080/14786449508620739.
  13. ^ Дарригол (2005)
  14. ^ Remoissenet, М. (1999). Волны, называемые солитонами: концепции и эксперименты. Springer. п.11. ISBN  9783540659198.
  15. ^ См. Например:
    • Максворти, Т. (1976). «Эксперименты по столкновению уединенных волн». Журнал гидромеханики. 76 (1): 177–186. Bibcode:1976JFM .... 76..177M. Дои:10.1017 / S0022112076003194.
    • Fenton, J.D .; Ринекер, М. (1982). «Метод Фурье для решения нелинейных задач о водных волнах: приложение к взаимодействиям с уединенными волнами». Журнал гидромеханики. 118: 411–443. Bibcode:1982JFM ... 118..411F. Дои:10.1017 / S0022112082001141. S2CID  120467035.
    • Craig, W .; Guyenne, P .; Hammack, J .; Хендерсон, Д .; Сулем, К. (2006). «Взаимодействие уединенных водных волн». Физика жидкостей. 18 (57106): 25 с. Bibcode:2006PhFl ... 18e7106C. Дои:10.1063/1.2205916.
  16. ^ Фишборн, Э. Г. (1846). Лекции по военно-морской архитектуре.
  17. ^ Гриффитс, Джон У. (1852). Трактат о морской и военно-морской архитектуре (3-е изд.). С. 152–3.
  18. ^ Скотт Рассел, Джон (1848). «О некоторых эффектах, производимых на звук быстрым движением наблюдателя». Отчет восемнадцатого совещания Британской ассоциации содействия развитию науки. Джон Мюррей, Лондон, 1849 год. 18 (7): 37–38. Получено 8 июля 2008.
  19. ^ Скотт Рассел, Джон (1841). О природе, свойствах и применении Steam, а также о навигации Steam.
  20. ^ а б c "Некролог, Джон Скотт Рассел". Труды института инженеров-строителей. 87: 427–440. 1882. Дои:10.1680 / imotp.1887.21314.CS1 maint: ref = harv (связь)
  21. ^ "Королевский институт морских архитекторов и его работа - 1860-1960 - краткая историческая справка". РИНА. Получено 3 января 2014.
  22. ^ Эммерсон 1977, п. 166
  23. ^ Эммерсон 1977, п. 63
  24. ^ Эммерсон 1977, п. 75
  25. ^ Дибна, Фред (2010). Эпоха Steam Фреда Дибны. Эбери Паблишинг. п. 147. ISBN  9781409071891.
  26. ^ «О длинных и коротких броненосцах (обсуждение)». Труды института корабельных архитекторов. Икс: 77. 1869.
  27. ^ Скотт Рассел, Джон (1861). «О профессиональной проблеме, поставленной перед военно-морскими архитекторами при строительстве военных кораблей в железных корпусах». II: 17. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  28. ^ Скотт Рассел, Джон (1861). Флот будущего: железо или дерево.
  29. ^ Рассел, Джон Скотт (1869). «О железнодорожном сообщении через море». Транс институт военно-морских архитекторов. 10: 47–58.
  30. ^ «Дуврский паромный причал». Получено 3 января 2014.
  31. ^ Эммерсон 1977, п. 280
  32. ^ «Библиотечно-архивный каталог». Королевское общество. Получено 10 октября 2010.[постоянная мертвая ссылка ]
  33. ^ http://www.engineeringhalloffame.org/listing-10.html

Источники

внешняя ссылка