Джон Скотт Рассел FRSE FRS FRSA (9 мая 1808, Паркхед , Глазго — 8 июня 1882, Вентнор , остров Уайт) — шотландский инженер-строитель , военно-морской архитектор и кораблестроитель, построивший Грейт-Истерн в сотрудничестве с Исамбардом Кингдом Брюнелем . Он открыл волну трансляции, которая положила начало современному изучению солитонов , и разработал волновую систему судостроения.
Рассел был организатором Великой выставки 1851 года .
Джон Рассел родился 9 мая 1808 года в Паркхеде, Глазго, в семье преподобного Дэвида Рассела и Агнес Кларк Скотт. Он провел один год в Университете Сент-Эндрюса, а затем перешел в Университет Глазго . Во время учебы в Университете Глазго он добавил к своей собственной девичью фамилию матери, Скотт, и стал Джоном Скоттом Расселом. Он окончил Университет Глазго в 1825 году в возрасте 17 лет и переехал в Эдинбург , где преподавал математику и естественные науки в Механическом институте Лейта , добившись самой высокой посещаемости в городе. [1]
После смерти сэра Джона Лесли , профессора естественной философии Эдинбургского университета в 1832 году, Скотт Рассел, хотя ему было всего 24 года, был избран временно заполнить вакансию до избрания постоянного профессора из-за его знаний в области естественных наук. естественные науки и популярность как лектор. Но, несмотря на то, что его поощряли баллотироваться на постоянную должность, он отказался конкурировать с другим кандидатом, которым он восхищался, и после этого сконцентрировал инженерную профессию и экспериментальные исследования в больших масштабах. [2]
Он женился на Харриетте Осборн, дочери ирландского баронета сэра Дэниела Толера Осборна и Харриетт Тренч, дочери графа Кланкарти в Дублине в 1839 году; у них было два сына (Норман выжил) и три дочери: Луиза (1841–1878), Рэйчел (1845–1882) и Алиса. В Лондоне они прожили пять лет в доме, предоставленном секретарю Общества искусств , а затем переехали в Сиденхем-Хилл , который стал центром внимания, особенно после того, как Рассел и его друзья перенесли теплицу Пакстона для Большой выставки в Хрустальный музей . Дворец рядом. [3]
Артур Салливан и его друг Фредерик Клей были частыми гостями в доме Скотта Рассела в середине 1860-х годов; Клэй обручился с Алисой, а Салливан ухаживал за Рэйчел. Хотя Клэй был из богатой семьи, Салливан все еще оставался бедным молодым композитором из бедной семьи; Скотты Расселы приветствовали помолвку Алисы с Клеем, который, однако, разорвал ее, но запретил отношения между Салливаном и Рэйчел, хотя они продолжали тайно видеться. В какой-то момент в 1868 году у Салливана завязался одновременный (и тайный) роман с Луизой (1841–1878). Оба отношения прекратились к началу 1869 года .
Американский инженер Александр Лайман Холли подружился со Скоттом Расселом и его семьей во время его различных визитов в Лондон во время строительства Грейт-Истерн . Холли также посетила дом Скотта Рассела в Сиденхеме. В результате этого Холли и его коллега Зера Колберн отправились в первое путешествие Грейт-Истерн из Саутгемптона в Нью-Йорк в июне 1860 года. Сын Скотта Рассела, Норман, остался с Холли в его доме в Бруклине - Норман также путешествовал. первое путешествие, единственное путешествие, которое не совершил Джон Скотт Рассел.
Его сын, Норман, последовал за своим отцом и стал военно-морским архитектором, внося свой вклад в Институт морских архитекторов, который основал его отец. [5]
Находясь в Эдинбурге, он экспериментировал с паровыми двигателями, используя квадратный котел, для которого разработал метод удержания поверхности котла, ставший универсальным. Была основана компания Scottish Steam Carriage Company, производившая паровую повозку с двумя цилиндрами мощностью по 12 лошадиных сил каждый. Шесть из них были построены в 1834 году, хорошо спроектированы и оборудованы по высоким стандартам. С марта 1834 года они курсировали между площадью Джордж-сквер в Глазго и отелем Тонтин в Пейсли с ежечасными интервалами со скоростью 15 миль в час. Управляющие дороги возражали, что это изнашивает дорогу и ставит на ней различные заграждения из бревен и камней, что фактически доставляет больше дискомфорта конным экипажам. 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 некоторое время курсировали между Лондоном и Гринвичем. [6] [7]
В 1834 году, проводя эксперименты по определению наиболее эффективной конструкции лодок по каналам, он обнаружил явление, которое он назвал волной перемещения . В гидродинамике эта волна теперь называется уединенной волной Рассела . 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, а не масса воды в канале, которую она привела в движение; она скопилась вокруг носа судна в состоянии сильного волнения, затем внезапно оставив его позади, покатилась вперед с большой скоростью, приняв форму большого одинокого возвышения, округлой, гладкой и четко очерченной кучи воды, которая продолжала его ход по руслу, по-видимому, без изменения формы и уменьшения скорости. Я последовал за ним верхом на лошади и обогнал его, все еще катившегося со скоростью около восьми или девяти миль в час [14 км/ч], сохранив свою первоначальную фигуру длиной около тридцати футов [9 м] и фут за футом и половина [30-45 см] высоты. Высота его постепенно уменьшалась, и после погони в одну-две мили [2–3 км] я потерял его в извилистом канале. Так в августе 1834 года произошла моя первая случайная встреча с тем необычным и прекрасным явлением, которое я назвал Волной Передачи.
О явлении уединенных волн ранее сообщил в 1826 году Джорджио Бидоне в Турине , [10] [11] [12], но работа Бидоне, похоже, осталась незамеченной исследователями в Нидерландах и Великобритании, несмотря на упоминание в «Эдинбургском журнале» Науки в том же году. [13]
Скотт Рассел потратил некоторое время на практические и теоретические исследования этих волн. Он построил волновые резервуары у себя дома и заметил некоторые ключевые свойства:
Экспериментальная работа Скотта Рассела, казалось, контрастировала с теориями гидродинамики Исаака Ньютона и Даниэля Бернулли . Джорджу Бидделлу Эйри и Джорджу Габриэлю Стоксу было трудно принять экспериментальные наблюдения Скотта Рассела, поскольку наблюдения Скотта Рассела не могли быть объяснены существующими теориями волн на воде. О дополнительных наблюдениях сообщил Анри Базен в 1862 году после экспериментов, проведенных в Бургундском канале во Франции. [14] В 1863 году Базен написал исследовательскую работу под названием « Исследования гидравлических предприятий пар М. Х. Дарси» (английский: « Гидравлические исследования, предпринятые М. Х. Дарси »), в которой были представлены работы Скотта Рассела. [15]
Голландский перевод работы Базена под названием Verslag aan de Fransche academie van wetenschappen over het gedeelte der verhandeling van Bazin, betrekkelijk de opstuwingen en de voortbeweging der golven (английский: Отчет Французской академии наук о части трактата Базена, касающейся скачков напряжения и распространение волн ) было представлено в материалах голландского Koninklijk Instituut van Ingenieurs (англ. Royal Institute of Engineers ) в 1869 году. В оригинальной французской статье и в переведенной работе скорость уединенной волны определяется как:
В тексте формула обозначена как «закон Скотта Рассела». [16] Его современники потратили некоторое время, пытаясь расширить теорию, но потребовалось время до 1870-х годов, прежде чем было дано объяснение.
Лорд Рэлей опубликовал статью в «Философском журнале» в 1876 году, чтобы подкрепить экспериментальные наблюдения Джона Скотта Рассела его математической теорией. [17] В своей статье 1876 года лорд Рэлей упомянул имя Скотта Рассела, а также признал, что первое теоретическое исследование было сделано Джозефом Валентином Буссинеском в 1871 году; Буссинеск упомянул имя Скотта Рассела в своей статье 1871 года. [18] Таким образом, наблюдения Скотта Рассела об уединенных волнах были признаны истинными некоторыми выдающимися учеными еще при его жизни.
Кортевег и де Фриз вообще не упомянули имя Джона Скотта Рассела в своей статье 1895 года, но они цитировали 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 Тем не менее, это была очень важная веха в истории развития теории солитонов . [19]
Лишь в 1960-х годах и с появлением современных компьютеров значение открытия Скотта Рассела в физике , электронике , биологии и особенно в волоконной оптике начало пониматься, что привело к созданию современной общей теории солитонов. [20]
Обратите внимание, что солитоны по определению не изменяются по форме и скорости при столкновении с другими солитонами. [21] Таким образом, уединенные волны на поверхности воды не являются солитонами – после взаимодействия двух (сталкивающихся или догоняющих) уединенных волн они незначительно меняются по амплитуде и остается колебательный остаток. [22]
Как только Рассел научился наблюдать за лодками на доселе беспрецедентных скоростях в передней части волны перемещения, он занялся более фундаментальной проблемой проектирования лодок: поиском такой формы корпуса, которая оказывает наименьшее сопротивление. По его мнению, это было связано с эффективным удалением массы воды с пути корпуса, а затем обратно, чтобы заполнить зазор после того, как она прошла. Тщательными измерениями с помощью динамометров он подтвердил свою теорию о том, что правильная синусоидальная волна создает идеальную форму.
Первоначально он думал, что корма может быть зеркалом форштевня , но вскоре понял, что удаляющаяся вода создает нечто более близкое к обычным волнам, чем его одиночные волны, и в итоге получилась закругленная корма цепной формы .
Его исследования произвели революцию в проектировании корпусов торговых и военных судов. Большинство кораблей того времени имели закругленные носы для оптимизации грузоподъемности, но, начиная с 1840-х годов, «экстремальные клиперы » начали иметь вогнутые носы, как и все чаще пароходы, кульминацией которых стал Great Eastern . После того, как его взгляды были изложены командующим Фишборном, [23] американский военно-морской архитектор Джон В. Гриффитс признал силу работы Рассела в своем «Трактате о морской и военно-морской архитектуре» 1850 года [24] , хотя он неохотно признавал свой долг перед Расселом.
Скотт Рассел сделал одно из первых экспериментальных наблюдений [25] эффекта Доплера , которое он опубликовал в 1848 году. Кристиан Доплер опубликовал свою теорию в 1842 году.
Большая часть ранних экспериментальных работ Рассела проводилась под эгидой Британской ассоциации , 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 самом разгаре. Рассел опубликовал статью о паровом двигателе и паровой навигации для 7-го издания Британской энциклопедии в 1841 году, которая также вышла в виде книги. [26] Чарльз Вентворт Дилк предложил ему должность редактора новой еженедельной газеты « Железнодорожная хроника» в Лондоне, и вскоре семья Расселов поселилась в небольшой двухкомнатной квартире в Вестминстере . В следующем году он также стал секретарем комитета, созданного Королевским обществом искусств для организации национальной выставки, которая предоставила им таунхаус на Стрэнде . Вскоре Рассел представил комитету Генри Коула , и когда за несколько недель до первой выставки в 1847 году экспонентов не оказалось, 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 на 1851 год было запланировано проведение международной версии. К этому времени Рассел снова начал судостроение, железнодорожный бум закончился, и хотя он стал назначенным секретарем Великой выставки ЮАР , Генри Коул был к этому времени он взял на себя инициативу и в итоге получил только золотую медаль в качестве награды за большой труд.
Рассел стал членом Института инженеров-строителей в 1847 году, регулярно посещая его и внося частые взносы, был избран в его совет в 1857 году и стал вице-президентом в 1862 году. Однако он оказался вовлеченным в финансовый спор с сэром Уильямом Армстронгом и не стал Я стану президентом. Но «как оратор, и особенно как послеобеденный оратор, у него было мало равных». [27] Он был избран членом Королевского общества в 1849 году, хотя внес меньший вклад.
В 1860 году на собрании в его доме в Сиденхеме был создан Институт военно-морских архитекторов , одним из профессиональных вице-президентов которого стал Рассел. [28] Он присутствовал на большинстве встреч и редко давал комментарии. [29] В 1864 году он опубликовал массивный трехтомный трактат « Современная система военно-морской архитектуры» , в котором изложены профили многих новых строящихся кораблей.
В его некрологе о военно-морской архитектуре говорилось:
Примерно с 1838 года Скотт Рассел работал на небольшой верфи Гринок в Томсоне и Спирсе, где он внедрил свою систему волновых линий на серию кораблей Королевской почты , а также многие другие инновации. После того как верфь перешла во владение Кэрда , он решил переехать в Лондон и в 1848 году приобрел судостроительную компанию Millwall Iron Works . Он построил для Брюнеля два корабля для плавания в Австралии, почти такого же размера, как СС Брюнеля « Великобритания» , «Аделаида» и «Виктория» . Проблемы с дозаправкой и водой заставили Брюнеля задуматься о более крупных кораблях для этого рейса, но еще пять были построены в том же классе. [30]
До того, как они начали совместный бизнес, он пользовался большим уважением у Изамбарда Кингдом Брюнеля , который сделал его партнером в своем проекте по строительству Грейт-Истерн . [31] Хотя первоначальная концепция, ячеистая конструкция и совместное использование весла и винта были идеями Брюнеля, «корабль воплощает в себе форму волновой линии, продольную систему конструкции, полные и частичные переборки и другие детали конструкции. которые были особенно Скоттом Расселом». [27] Проект столкнулся с рядом проблем: Скотт Рассел предложил слишком низкую цену, в результате чего он обанкротился на полпути, хотя он выздоровел и завершил работу; но именно Брюнель настоял на боковом спуске, а не на сухом доке, который предпочитал Рассел. [32] В конечном итоге компания Great Eastern была основана в 1858 году. Скотт Рассел был лучшим ученым, чем бизнесменом, и его репутация так и не восстановилась полностью из-за его финансовых нарушений, грубого пренебрежения обязанностями и споров. Как пишет LTC Ролт в своей биографии Брюнеля, «То, что Рассел действительно ввел Брюнеля в заблуждение и предал его доверие, с каждым прошедшим днем становилось все более прискорбно очевидным». [33]
В 1850-х годах он выступал в военно-морском флоте за строительство железных военных кораблей, и первая конструкция, HMS Warrior , как некоторые говорят, была «кораблем Рассела». [34] [35] Впоследствии он жаловался на секретность, которая препятствовала открытому обсуждению проблем, критикуя тех, кто в ВМФ утверждал, что железные корабли не могут быть защищены. [36] [37]
В то время, когда все предыдущие железнодорожные паромы были речными судами, в 1868 году Скотт Рассел спроектировал железнодорожный паром для обслуживания на Боденском озере , Bodensee Trajekt , который поступил в эксплуатацию в 1869 году. Это был первый в мире железнодорожный паром, пересекающий озеро. Bodensee Trajekt должен был соответствовать необычному требованию: его осадка не превышала шести футов (1,85 м). Он добился этого, используя надстройку, чтобы выдерживать нагрузки поезда. (Только в 1892 году был введен в эксплуатацию первый железнодорожный паром, пересекающий озеро Мичиган , «Анн-Арбор № 1» , спроектированный Фрэнком Э. Кирби .) Скотт Рассел использовал конструкцию Bodensee Trajekt в качестве основы для креста. -канальный паром, который мог бы управлять мелкой гаванью Дувра, но это было реализовано только в 1933 году. [38] [39] [40] [41]
Хотя его дизайн для Великой выставки был превзойден проектом Джозефа Пакстона , Скотт Рассел спроектировал Ротунду для Венской выставки 1873 года . При диаметре 108 метров (354 фута) он на протяжении почти столетия был самым большим куполом в мире, не имевшим никаких связей, закрывающих обзор. Некоторые считают это его величайшим достижением в области строительной инженерии. [42]
В 1838 году он был награжден золотой медалью Кейта от Королевского общества Эдинбурга за свою статью «О законах, по которым вода противодействует сопротивлению движению плавающих тел». В июне 1849 года он был избран членом Королевского общества за мемуары «Великая одинокая волна Первого Ордена, или Волна перевода», опубликованные в «Трудах Королевского общества Эдинбурга», а также за несколько мемуаров в «Отчетах Британская ассоциация . [43]
В 1995 году акведук, который несет канал Юнион (тот самый канал, где он наблюдал свою «Волну перевода») через объездную дорогу Эдинбурга (A720), был назван в его память акведуком Скотта Рассела . Также в 1995 году эффект гидродинамического солитона был воспроизведен недалеко от того места, где Джон Скотт Рассел наблюдал гидродинамические солитоны в 1834 году.
Его именем названо здание университета Хериот-Ватт .
В 2019 году он был занесен в Зал славы шотландского инженерного дела [44].
Его статья 1844 года стала классической и довольно часто цитируется в статьях и книгах, посвященных солитонам , даже спустя более чем сто пятьдесят лет.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )