John Scott Russell - John Scott Russell
|
John Scott Russell
| |
|---|---|
 John Scott Russell i 1847
| |
| Født | 9. mai 1808 |
| Døde | 8. juni 1882 (74 år)
Ventnor , Isle of Wight, England
|
| Nasjonalitet | Britisk |
| utdanning | University of Edinburgh , University of St. Andrews , University of Glasgow |
| Yrke | Ingeniør |
| Ektefelle (r) | Harriette Russell (født Osborne) |
| Barn | Osborne Russell, Norman Scott Russell, Louisa Scott Russell, Mary Rachel Scott Russell, Alice M. Scott Russell |
| Foreldre) | David Russell og Agnes Clark Scott |
| Ingeniørkarriere | |
| Institusjoner | Royal Society of Edinburgh (Councilor 1838-9), Royal Society , Institution of Civil Engineers (Vice President), Institution of Naval Architects (Vice President), Society of Arts (Secretary 1845-50) |
| Utmerkelser | Keith-prisen |
John Scott Russell FRSE FRS FRSA (9. mai 1808, Parkhead , Glasgow - 8. juni 1882, Ventnor , Isle of Wight) var en skotsk sivilingeniør , marinearkitekt og skipsbygger som bygde Great Eastern i samarbeid med Isambard Kingdom Brunel . Han oppdaget oversettelsesbølgen som fødte den moderne studien av solitons , og utviklet bølgelinjesystemet for skipskonstruksjon.
Russell var promotor av den store utstillingen i 1851 .
Tidlig liv
John Russell ble født 9. mai 1808 i Parkhead, Glasgow, sønn av pastor David Russell og Agnes Clark Scott. Han tilbrakte ett år ved University of St. Andrews før han gikk over til University of Glasgow . Det var mens han var ved University of Glasgow at han la morens pikenavn Scott til sitt eget for å bli John Scott Russell. Han ble uteksaminert fra Glasgow University i 1825 i en alder av 17 og flyttet til Edinburgh hvor han underviste i matematikk og naturfag ved Leith Mechanics 'Institute , og oppnådde det høyeste oppmøtet i byen.
Ved døden av Sir John Leslie , professor i naturfilosofi ved University of Edinburgh i 1832, ble Scott Russell, selv om han bare var 24 år gammel, valgt til å fylle stillingen midlertidig i påvente av valget av en permanent professor på grunn av hans dyktighet i naturvitenskap og popularitet som foreleser. Men selv om han oppfordret til å stå for den faste stillingen, nektet han å konkurrere med en annen kandidat han beundret, og konsentrerte deretter ingeniørfaget og eksperimentell forskning i stor skala.
Familie liv
Han giftet seg med Harriette Osborne, datter av den irske baronetten Sir Daniel Toler Osborne og Harriette Trench, datter av Earl of Clancarty i Dublin i 1839; de hadde to sønner (Norman overlevde) og tre døtre, Louise (1841–1878), Rachel (1845–1882) og Alice. I London bodde de i fem år i et hus som ble gitt til sekretæren for Society of Arts, og flyttet deretter til Sydenham Hill , som ble et sentrum for oppmerksomhet, spesielt etter at Russell og hans venner flyttet Paxtons drivhus for den store utstillingen til krystallet. Palace like ved.
Arthur Sullivan og hans venn Frederic Clay var hyppige besøkende i Scott Russell-hjemmet på midten av 1860-tallet; Clay ble forlovet med Alice, og Sullivan truet med Rachel. Mens Clay var fra en velstående familie, var Sullivan fortsatt en fattig ung komponist fra en fattig familie; Scott Russells ønsket Alice forlovet med Clay, som imidlertid brøt det av, men forbød forholdet mellom Sullivan og Rachel, selv om de to fortsatte å se hverandre skjult. På et tidspunkt i 1868 startet Sullivan en samtidig (og hemmelig) affære med Louise (1841–1878). Begge forholdene hadde opphørt tidlig i 1869.
Den amerikanske ingeniøren Alexander Lyman Holley ble venn med Scott Russell og hans familie på hans forskjellige besøk i London på tidspunktet for byggingen av Great Eastern . Holley besøkte også Scott Russells hus i Sydenham. Som et resultat av dette reiste Holley, og hans kollega Zerah Colburn , på jomfruturen til Great Eastern fra Southampton til New York i juni 1860. Scott Russells sønn, Norman, bodde hos Holley hjemme i huset i Brooklyn - Norman reiste også videre jomfruturen, en reise som John Scott Russell ikke gjorde.
Hans sønn, Norman, fulgte faren ved å bli marinearkitekt, og bidro til Institution of Naval Architects som hans far hadde grunnlagt.
Dampvogn
Mens han var i Edinburgh eksperimenterte han med dampmotorer ved å bruke en firkantet kjele som han utviklet en metode for å holde overflaten på kjelen som ble universell. Den skotske damp Carriage Company ble dannet som produserer en damp vogn med to sylindre utviklings 12 hestekrefter hver. Seks ble konstruert i 1834, velfjæret og utstyrt med høy standard, som fra mars 1834 løp mellom Glasgows George Square og Tontine Hotel i Paisley med intervaller på 15 km / t. Vegforvalterne motsatte seg at den slitte ut veien og plasserte forskjellige hindringer av tømmer og steiner i veien, noe som faktisk forårsaket mer ubehag for hestevogner. Men i juli 1834 ble en av vognene veltet og kjelen knust og forårsaket flere passasjerers død. To av bussene ble sendt til London hvor de løp en kort stund mellom London og Greenwich.
Bølgen av oversettelse
I 1834, mens han gjennomførte eksperimenter for å bestemme den mest effektive utformingen av kanalbåter, oppdaget han et fenomen som han beskrev som oversettelsesbølgen . I flytende dynamikk kalles bølgen nå Russells ensomme bølge . Oppdagelsen er beskrevet her med hans egne ord:
Jeg så bevegelsen til en båt som raskt ble trukket langs en smal kanal av et par hester, da båten plutselig stoppet - ikke så vannmassen i kanalen som den hadde satt i bevegelse; den akkumulerte seg rundt fartøyets forflytning i en tilstand av voldsom agitasjon, og la den plutselig bak seg, rullet fremover med stor hastighet og antok formen av en stor ensom høyde, en avrundet, glatt og veldefinert haug med vann, som fortsatte sin kurs langs kanalen tilsynelatende uten formendring eller hastighetsreduksjon. Jeg fulgte den til hest, og forbikjørte den fremdeles med en hastighet på rundt 14 km / t, og bevarte den opprinnelige figuren omtrent 9 meter lang og en fot til en fot og en halv [30−45 cm] i høyden. Høyden avtok gradvis, og etter en jakt på 2-3 kilometer mistet jeg den i svingene på kanalen. Slike, i august 1834, var mitt første sjanseintervju med det enestående og vakre fenomenet som jeg har kalt Wave of Translation.
Scott Russell brukte litt tid på å gjøre praktiske og teoretiske undersøkelser av disse bølgene. Han bygde bølgetanker hjemme og la merke til noen viktige egenskaper:
- Bølgene er stabile, og kan bevege seg over veldig store avstander (normale bølger vil gjerne enten flate seg ut, eller stivne og velte)
- Hastigheten avhenger av størrelsen på bølgen, og bredden på vanndypet.
- I motsetning til normale bølger vil de aldri smelte sammen - så en liten bølge blir forbigått av en stor, snarere enn at de to kombinerer.
- Hvis en bølge er for stor for vanndypet, deler den seg i to, en stor og en liten.
Scott Russells eksperimentelle arbeid virket i kontrast til Isaac Newtons og Daniel Bernoullis teorier om hydrodynamikk . George Biddell Airy og George Gabriel Stokes hadde vanskeligheter med å akseptere Scott Russells eksperimentelle observasjoner fordi Scott Russells observasjoner ikke kunne forklares med de eksisterende vannbølgeteoriene. Hans samtidige brukte litt tid på å forsøke å utvide teorien, men det ville ta til 1870-tallet før en forklaring ble gitt.
Lord Rayleigh publiserte et papir i Philosophical Magazine i 1876 for å støtte John Scott Russells eksperimentelle observasjon med sin matematiske teori. I sin avis fra 1876 nevnte Lord Rayleigh Scott Russells navn og innrømmet også at den første teoretiske behandlingen var av Joseph Valentin Boussinesq i 1871. Joseph Boussinesq nevnte Scott Russells navn i sitt papir fra 1871. Dermed ble Scott Russells observasjoner av ensomme bølger akseptert som sanne av noen fremtredende forskere innen hans egen levetid.
Korteweg og de Vries nevnte ikke John Scott Russells navn i det hele tatt i 1895-papiret, men de siterte Boussinesqs papir i 1871 og Lord Rayleighs papir i 1876. Selv om Korteweg og de Vries i 1895 ikke var den første teoretiske behandlingen av dette emne, var det en veldig viktig milepæl i historien om utviklingen av soliton- teorien.
Først på 1960-tallet og fremveksten av moderne datamaskiner begynte betydningen av Scott Russells oppdagelse innen fysikk , elektronikk , biologi og spesielt fiberoptikk å bli forstått, noe som førte til den moderne generelle teorien om solitoner .
Merk at solitons per definisjon er uendret i form og hastighet ved en kollisjon med andre solitons. Så ensomme bølger på en vannoverflate er ikke solitoner - etter samspillet mellom to (kolliderende eller forbikjørende) ensomme bølger, har de endret seg litt i amplitude og en oscillerende rest er igjen.
Bølgelinjesystem
Når Russell hadde hatt en måte å observere båter med til nå enestående hastigheter foran i oversettelsesbølgen, taklet han det mer grunnleggende problemet for båtdesign å finne skrogformen som gir minst motstand. Dette resonnerte han at han var opptatt av å flytte vannmassen effektivt ut av skroget og deretter tilbake for å fylle hullet etter at det har passert. Ved nøye målinger med dynamometre validerte han sin teori om at en bevist sinusbølge produserer den ideelle formen.
Opprinnelig trodde han at hekken kunne være et speil av stammen, men innså snart at det fjerne vannet produserte noe nærmere konvensjonelle bølger enn hans ensomme bølger, og endte opp med en avrundet hekk med katalysatorform.
Studiene hans ga en revolusjon i utformingen av skrog for handels- og marinefartøy. De fleste skip på den tiden hadde avrundede buer for å optimalisere lastekapasiteten, men fra 1840-tallet begynte de "ekstreme klipperskipene " å vise konkave buer, i likhet med dampskip som kulminerte med Great Eastern . Etter at hans synspunkter ble fremmet av kommandant Fishbourne, anerkjente den amerikanske marinearkitekten John W. Griffiths styrken i Russells arbeid i sin avhandling om marin og marinearkitektur fra 1850, selv om han motvillig erkjente en gjeld til Russell.
Doppler effekten
Scott Russell gjorde en av de første eksperimentelle observasjonene av Doppler-effekten som han publiserte i 1848. Christian Doppler publiserte sin teori i 1842.
Faglig forening
Mye av Russells tidlige eksperimentelle arbeid hadde blitt utført i regi av British Association, og gjennom hele livet bidro han til de vitenskapelige og profesjonelle foreningene som ble viktigere i den tiden.
I 1844 var jernbanebommen på sin høyeste. Russell hadde bidratt med en artikkel om dampmotoren og dampnavigasjonen for den 7. utgaven av Encyclopædia Britannica i 1841, som også dukket opp i bokform. Charles Wentworth Dilke tilbød ham redaksjonen til et nytt ukeavis, Railway Chronicle i London og Russell-familien var snart i en liten to-roms leilighet i Westminster . Året etter ble han også sekretær for komiteen som ble opprettet av Royal Society of Arts for å organisere en nasjonal utstilling som ga dem et byhus i Strand . Russell introduserte snart Henry Cole for komiteen, og da det noen få uker før den første utstillingen i 1847 ikke var noen utstillere, brukte Russell og Cole tre hele dager på å reise rundt i London for å verve produsenter og butikkere. Dette og to påfølgende utstillinger var så suksessfulle at en internasjonal versjon var planlagt i 1851. På dette tidspunktet hadde Russell igjen startet skipsbygging, mens jernbanebommen var ferdig, og selv om han ble RSAs utnevnte sekretær for den store utstillingen , var Henry Cole på dette tidspunktet tok han ledelsen, og han endte opp med bare en gullmedalje som belønning for mye arbeid.
Han ble medlem av Institution of Civil Engineers i 1847 og deltok regelmessig og ga hyppige bidrag, ble valgt inn i dets råd i 1857 og ble visepresident i 1862. Imidlertid ble han involvert i en økonomisk tvist med Sir William Armstrong og gjorde ikke ' ikke bli president. Men "som foredragsholder, og spesielt som foredragsholder etter middagen, hadde han få likeverdige." Han ble valgt til stipendiat i Royal Society i 1849, selv om han bidro mindre.
I 1860 på et møte hjemme hos ham i Sydenham ble Institution of Naval Architects opprettet, med Russell som en av de profesjonelle visepresidentene. Han deltok på de fleste møtene og klarte sjelden å kommentere. I 1864 publiserte han en massiv 3-binders avhandling om The Modern System of Naval Architecture som la ut profilene til mange av de nye skipene som ble bygget.
Hans nekrolog sa om marinearkitektur:
- "Det kan sies at ved begynnelsen av karrieren fant han det som det mest empiriske av kunst, og han la det være et av de mest eksakte innen ingeniørvitenskapene. Til dette store resultatet bidro mange andre stort sett foruten ham selv, men hans personlige undersøkelser og teorier som han trakk fra dem, ga den første drivkraften til vitenskapelig marinearkitektur. "
Skipsbygging
Fra rundt 1838 var Scott Russell ansatt ved det lille Greenock- verftet Thomson og Spires hvor han introduserte sitt bølgelinjesystem for en serie Royal Mail- skip, sammen med mange andre innovasjoner. Etter at verftet ble overtatt av Caird , bestemte han seg for å flytte til London og kjøpte i 1848 skipsbyggerselskapet Millwall Iron Works . Han bygde to skip for Brunel for Australia-løp, omtrent like stor som Brunels SS Storbritannia , Adelaide og Victoria . Problemer med drivstoff og vann fikk Brunel til å tenke på større skip for denne reisen, men fem til ble bygget i samme klasse.
Han ble respektert av Isambard Kingdom Brunel, som gjorde ham til en partner i prosjektet hans for å bygge Great Eastern . Selv om den opprinnelige forestillingen, mobilkonstruksjonen og felles bruk av padle og skrue var Brunels ideer, "legemliggjør skipet bølgelinjeformen, det langsgående konstruksjonssystemet, de komplette og delvise skottene og andre detaljer om konstruksjonen som var spesiell Scott Russells ". Prosjektet var plaget med en rekke problemer - Scott Russell la inn et bud som var altfor lavt med det resultat at han var konkurs halvveis, selv om han kom seg for å fullføre jobben; men det var Brunel som insisterte på en sidelansering i stedet for tørrdokken som Russell foretrakk. Great Eastern ble til slutt lansert i 1858. Scott Russell var en bedre vitenskapsmann enn en forretningsmann, og hans rykte kom aldri helt tilbake fra hans økonomiske uregelmessigheter og tvister.
I løpet av 1850-årene argumenterte han i marinen for bygging av krigsskip av jern, og den første designen, HMS Warrior , sies av noen å være et "Russell-skip". Etterpå klaget han over hemmeligholdet som forhindret en åpen diskusjon av problemene, og kritiserte de innen marinen som hevdet at jernskip ikke kunne beskyttes.
I 1868 designet han en togferge til Bodensjøen som hadde det uvanlige kravet til at trekkraften var begrenset til 1,85 meter. Dette oppnådde han ved å bruke overbygningen til å bære togets påkjenninger. Han brukte dette som grunnlag for en tverrkanalferge som kunne administrere den grunne havnen i Dover, men dette ble ikke realisert før i 1933.
Wien Rotunda
Selv om hans design for den store utstillingen ble trumfet av Joseph Paxton , designte Scott Russell Rotunde for Wien-utstillingen i 1873 . Med en diameter på 108 meter var den i nesten et århundre den største kuppelen i verden, uten bånd som hindret utsikten. Noen anser det som hans største konstruksjonstekniske prestasjon.
Utmerkelser og priser
I 1838 ble han tildelt den gyldne Keith-medaljen av Royal Society of Edinburgh for sin avis "On the Laws by which water contests Resistance to the Motion of Floating Bodies". Han ble valgt til stipendiat i Royal Society i juni 1849 for memoarer om "The great Solitary Wave of the First Order, or the Wave of Translation" publisert i Transactions of the Royal Society of Edinburgh, og av flere Memoirs i Reports of British Association .
I 1995 ble akvedukten som fører Union-kanalen - den samme kanalen der han observerte sin oversettelsesbølge - over bypass Edinburgh (A720), Scott Russell-akvedukten til minne om ham. Også i 1995 ble den hydrodynamiske solitoneffekten gjengitt nær stedet der John Scott Russell observerte hydrodynamiske solitoner i 1834.
En bygning ved Heriot-Watt University er oppkalt etter ham.
I 2019 ble han innlemmet i Scottish Engineering Hall of Fame
Publikasjoner
Hans papir fra 1844 har blitt et klassisk papir og blir ganske ofte sitert i solitonrelaterte papirer eller bøker, selv etter mer enn hundre og femti år.
- Russell, J. Scott (1845). "Rapport om bølger". Rapport fra det fjortende møtet til British Association for the Advancement of Science, York, september 1844 (PDF) . London: John Murray. 311–390, Plater XLVII – LVII.
- Russell, J. Scott (1864). Det moderne systemet for sjøarkitektur . London: Day and Son. OCLC 80429969 .
- Russell, J. Scott (1885). Oversettelsesbølgen i hav av vann, luft og eter . London: Trübner & Co. OCLC 39005948 .
Merknader
Kilder
- Ainger, Michael (2002). Gilbert og Sullivan - En dobbel biografi . Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-514769-3.
- Darrigol, Olivier (2005). Worlds of Flow: A History of Hydrodynamics fra Bernoullis til Prandtl . Oxford University Press. ISBN 0-19-856843-6. inkluderer diskusjon om funn av solitoner
- Emmerson, George S. (1977). John Scott Russell: En stor viktoriansk ingeniør og sjøarkitekt . John Murray . ISBN 0-7195-3393-7.
- "Nekrolog om John Scott Russell" . The Times . Arkivert fra originalen 25. mai 2011.
Eksterne linker