Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Solitary wave (водные волны) )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Джон Скотт РасселFRSE FRS FRSA
Рассел Дж. Скотт.jpg
Джон Скотт Рассел в 1847 году
Родившийся9 мая 1808 г. ( 1808-05-09 )
Паркхед , Глазго , Шотландия
Умер8 июня 1882 г. (74 года) ( 1882-06-09 )
Вентнор , остров Уайт, Англия
НациональностьБританский
ОбразованиеЭдинбургский университет , Санкт Университет Andrews , Университет Глазго
ЗанятиеИнженер
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 (член совета 1838-9), Королевское общество , Институт инженеров-строителей (вице-президент), Институт морских архитекторов (вице-президент), Общество искусств (секретарь 1845-50)
НаградыКейт Приз

Джон Скотт Рассел FRSE FRS FRSA (9 мая 1808, Паркхед , Глазго - 8 июня 1882, Вентнор , остров Уайт) был шотландским инженером-строителем , военно-морским архитектором и кораблестроителем, построившим Грейт Истерн в сотрудничестве с Исамбард Кингдом Брунель . Он сделал открытие волны трансляции, которая положила начало современному изучению солитонов , и разработал волновую систему строительства кораблей.

Рассел был организатором Великой выставки 1851 года .

Ранняя жизнь [ править ]

Джон Рассел родился 9 мая 1808 года в Паркхеде, Глазго, в семье преподобного Дэвида Рассела и Агнес Кларк Скотт. Он проучился один год в университете Сент-Эндрюс, прежде чем перейти 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 преподавал математику и естественные науки в Институте механики Лейта , достигнув самой высокой посещаемости в городе. [1]

После смерти сэра Джона Лесли , профессора естественной философии в Эдинбургском университете 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. и популярность как лектор. Но, хотя его поощряли баллотироваться на постоянную должность, он отказался конкурировать с другим кандидатом, которым он восхищался, и после этого сосредоточил внимание на профессии инженера и экспериментальных исследованиях в больших масштабах. [2]

Семейная жизнь [ править ]

Он женился на Харриетт Осборн, дочери ирландского баронета сэра Дэниела Толера Осборна, и Харриетт Тренч, дочери графа Кланкарти в Дублине в 1839 году; у них было два сына (выжил Норман) и три дочери, Луиза (1841–1878), Рэйчел (1845–1882) и Алиса. В Лондоне они жили в течение пяти лет в доме предусмотрены секретарь Общества искусств , а затем переехали в Сиденх Хилла , который стал центром внимания , особенно после того, как Рассел и его друзья переехали Пакстон теплицу «сек для Великой выставки в Кристалл 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 Клэй 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 встречаться. 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 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 Сиденхэме. В результате этого Холли и его коллега Зера Колберн совершили первое путешествие по Грейт Истерн из Саутгемптона в Нью-Йорк в июне 1860 года. Сын Скотта Рассела, Норман, останавливался с Холли в его доме в Бруклине - Норман тоже путешествовал. 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 [ править ]

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. Шотландская Паровая Каретка Компания была образована производить паровую тележку с двумя цилиндрами 12 лошадиных сил развивающихся каждой. Шесть из них были построены в 1834 году, имеют хорошую амортизацию и оборудованы по высоким стандартам. С марта 1834 года они проходили между площадью Джордж-сквер в Глазго и отелем Tontine в Пейсли.с почасовыми интервалами со скоростью 15 миль в час. Управляющие дороги возражали, 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. Два тренера были отправлены в Лондон, где они короткое время курсировали между Лондоном и Гринвичем. [6] [7]

Волна перевода [ править ]

В 1834 году, проводя эксперименты по определению наиболее эффективной конструкции лодок для каналов, он обнаружил явление, которое он назвал волной сдвига . 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 - не столько масса воды в канале, которую она привела в движение; она скапливалась вокруг носа судна в состоянии сильного волнения, а затем внезапно оставляла 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, по-видимому, 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 одного фута до фута и одного фута в час. половина [30–45 см] высотой. Высота его постепенно уменьшалась,и после погони на одну или две мили [2–3 км] я потерял его в петлях канала. Так в августе 1834 года я впервые встретился с тем необычным и прекрасным 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 будут иметь тенденцию либо сглаживаться, либо 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 лабораторном волновом канале .

Экспериментальная работа Скотта Рассела, казалось, контрастировала с теориями гидродинамики Исаака Ньютона и Даниэля Бернулли . Джорджу Бидделлу Эйри и Джорджу Габриэлю Стоуксу 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 Рэлей 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 рассмотрение было проведено Джозефом Валентином Буссинеском в 1871 году. Джозеф 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 вообще 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 Тем не менее, это была очень важная веха в истории развития теории солитонов . [12]

Только в 1960-х годах и с появлением современных компьютеров значение открытия Скотта Рассела в физике , электронике , биологии и особенно в волоконной оптике стало осознаваться, что привело к современной общей теории солитонов . [13]

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

Система волновых линий [ править ]

Схема лука по волновому принципу

Когда Рассел получил возможность наблюдать за лодками на доселе беспрецедентных 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 синусоидальная волна дает 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 цепной формы.

Его исследования произвели революцию в дизайне корпусов торговых и военно-морских судов. Большинство кораблей того времени имели закругленные носы для оптимизации грузоподъемности, но, начиная с 1840-х годов, «экстремальные корабли-клиперы » начали показывать вогнутые носы, как и все чаще пароходы, кульминацией которых стал Great Eastern . После того, как его взгляды были изложены коммандером Фишборном [16], американский военно-морской архитектор Джон В. Гриффитс признал силу работы Рассела в своем « Трактате о морской и военно-морской архитектуре» 1850 года [17], хотя и не хотел признавать свой долг перед Расселом.

Эффект Доплера [ править ]

Скотт Рассел сделал один из первых экспериментальных наблюдений [18] в эффекте Доплера , который он опубликовал в 1848 году Christian Doppler опубликовал свою теорию в 1842 году.

Профессиональная ассоциация [ править ]

Большая часть ранней экспериментальной работы 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 разгаре. Рассел написал статью о паровом двигателе и паровой навигации для 7-го издания Британской энциклопедии в 1841 году, которое также вышло в виде книги. [19] Чарльз Вентворт Дилк предложил ему должность редактора новой еженедельной газеты « Железнодорожные хроники» в Лондоне, и семья Рассел вскоре переехала в небольшую двухкомнатную квартиру в Вестминстере . В следующем году он также стал секретарем комитета, созданного Королевским обществом искусств для организации национальной выставки, которая предоставила им городской дом на Стрэнде . Рассел вскоре представил Генри Коула.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 начал судостроение, железнодорожный бум закончился, и, хотя он стал назначенным секретарем ЮАР на Большой выставке , Генри Коул был к этому времени он взял на себя инициативу, и в итоге он получил только золотую медаль в качестве награды за большую работу.

Он стал членом Института инженеров-строителей в 1847 году, регулярно посещая и делая 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 отказался от этого. т стать президентом. Но «как оратор, и особенно как оратор после обеда, ему было мало равных». [20] Он был избран членом Королевского общества в 1849 году, хотя внес меньший вклад.

В 1860 году на собрании в его доме в Сиденхэме был основан Институт морских архитекторов , одним из профессиональных вице-президентов которого был Рассел. [21] Он присутствовал на большинстве встреч и редко оставался без комментариев. [22] В 1864 году он опубликовал массивный трехтомный трактат «Современная система военно-морской архитектуры», в котором излагались профили многих строящихся новых кораблей.

В его некрологе говорится о военно-морской архитектуре:

«Можно сказать, что, начав свою карьеру, он счел эту науку наиболее эмпирической из искусств и оставил ее одной из самых точных инженерных наук. Этому великому результату в значительной степени 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 [ править ]

Джон Скотт Рассел (строитель), Генри Уэйкфилд (помощник Рассела), Исамбард Кингдом Брунель (дизайнер) и лорд Дерби на запуске Great Eastern .

Примерно с 1838 года Скотт Рассел работал на небольшой верфи Greenock в Thomson and Spiers, где он представил свою волновую систему на серии кораблей Royal Mail вместе со многими другими инновациями. После того, как верфь была передана Кэрду , он решил переехать в Лондон и в 1848 году купил судостроительную компанию Millwall Iron Works . Он построил для Брунеля два корабля для австралийского плавания, примерно такого же размера, как SS Great Britain Брюнеля , Аделаида и Виктория . Проблемы с дозаправкой и водой заставили Брунеля подумать о более крупных кораблях для этого рейса, но еще пять были построены в том же классе. [23]

Его высоко ценил Исамбард Кингдом Брунель, который сделал его партнером в его проекте по строительству Грейт Истерн . Хотя первоначальная концепция, ячеистая конструкция и совместное использование лопасти и винта были идеями Брунеля, «корабль воплощает форму волны, продольную систему конструкции, полные и частичные переборки и другие детали конструкции, которые были своеобразными. Скотта Рассела ". [20] Проект был сопряжен с рядом проблем - Скотт Рассел сделал ставку, которая была слишком низкой, 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 восстановилась после финансовых нарушений и споров.

В 1850-х годах он выступал в военно-морском флоте за постройку железных военных кораблей, и некоторые считают, что первый проект, HMS  Warrior , был «кораблем Рассела». [25] [26] Впоследствии он жаловался на секретность, которая мешала открытому обсуждению вопросов, критикуя представителей ВМФ, которые утверждали, что железные корабли нельзя защитить. [27] [28]

В 1868 году он спроектировал паром для переправы на Боденское озеро, у которого было необычное требование: 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 [ править ]

Ротунда

Хотя его дизайн для Большой выставки превзошел дизайн Джозефа Пакстона , Скотт Рассел действительно спроектировал Ротунду для Венской выставки 1873 года . Имея диаметр 108 метров (354 фута), он почти целое столетие был самым большим куполом в мире, не имеющим никаких креплений, закрывающих обзор. Некоторые считают это его величайшим достижением в области строительства. [31]

Почести и награды [ править ]

В 1838 году он был награжден золотой медалью Кита от Королевского общества Эдинбурга за свою статью «О законах, согласно которым вода препятствует сопротивлению движению плавающих тел». Он был избран членом Королевского общества в июне 1849 года за мемуары о «Великой уединенной волне Первого Ордена, или Волна трансляции», опубликованные в «Трудах Эдинбургского королевского общества», и за несколько мемуаров в «Отчётах». Британская ассоциация . [32]

В 1995 году акведук, который несет канал Юнион - тот же канал, где он наблюдал свою волну трансляции - через Эдинбургский обход (A720) был назван Акведуком Скотта Рассела в его память. 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 инженеров Шотландии [33].

Публикации [ править ]

Его статья 1844 года стала классической и довольно часто цитируется в статьях или книгах, связанных с солитонами, даже спустя более ста пятидесяти лет.

  • Рассел, Дж. Скотт (1845). «Отчет о волнах». Отчет четырнадцатого собрания Британской ассоциации развития 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 .

Заметки [ править ]

  1. ^ Эмерсон 1977 , стр. 7
  2. ^ «Некролог, Джон Скотт Рассел, FRS» (PDF) . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 87 . 1887 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ Эмерсон 1977 , стр. 260
  4. ^ Ainger, стр. 87. Сохранилось около двухсот любовных писем двух женщин Салливану.
  5. ^ Рассел, Норман Скотт (1864). «Об относительных достоинствах бортовых и турельных орудий» . Институт военно-морских архитекторов . 4 : 161–7.
  6. Перейти ↑ Weeks, Lyman Horace (2010). История автомобиля и его изобретателей . Tec Books. п. 85. ISBN 9783861952428.
  7. ^ "Паровоз, 1834 - Библиотека Митчелла, Коллекция Глазго" . TheGlasgowStory . Проверено 29 марта 2019 .
  8. ^ Рассел (1845)
  9. ^ Этот отрывок повторяется во многих статьях и книгах по теории солитонов.
  10. ^ Лорд Рэлей (1876). «На волнах». Философский журнал . Series 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, DJ ; 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. DOI : 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 . DOI : 10.1017 / S0022112076003194 .
    • Фентон, JD; Ринекер, М.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 . DOI : 10.1017 / S0022112082001141 . S2CID 120467035 . 
    • Craig, W .; Guyenne, P .; Hammack, J .; Хендерсон, Д .; Сулем, К. (2006). «Взаимодействие с уединенными водными волнами». Физика жидкостей . 18 (57106): 25 стр. Bibcode : 2006PhFl ... 18e7106C . DOI : 10.1063 / 1.2205916 .
  16. ^ Фишборн, EG (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 о восемнадцатом заседании Британской ассоциации содействия развитию науки . Джон Мюррей, Лондон, 1849 г. 18 (7): 37–38 . Проверено 8 июля 2008 года .
  19. ^ Скотт Рассел, Джон (1841). О природе, свойствах и применении Steam, а также о навигации Steam .
  20. ^ a b c «Некролог, Джон Скотт Рассел» . Труды института инженеров-строителей . 87 : 427–440. 1882. DOI : 10,1680 / imotp.1887.21314 .
  21. ^ "Королевский институт военно-морских архитекторов и его работа - 1860-1960 - Краткая историческая справка" . РИНА . Проверено 3 января 2014 года .
  22. ^ Эмерсон 1977 , стр. 166
  23. ^ Эмерсон 1977 , стр. 63
  24. ^ Эмерсон 1977 , стр. 75
  25. ^ Dibnah, Фред (2010). Эпоха Steam Фреда Дибны . Эбери Паблишинг. п. 147. ISBN. 9781409071891.
  26. ^ «О длинных и коротких броненосцах (обсуждение)» . Труды Института корабельных архитекторов . X : 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 |journal=( 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. ^ "Док парома поезда Дувра" . Проверено 3 января 2014 года .
  31. ^ Эмерсон 1977 , стр. 280
  32. ^ "Библиотека и архивный каталог" . Королевское общество . Проверено 10 октября 2010 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
  33. ^ http://www.engineeringhalloffame.org/listing-10.html

Источники [ править ]

  • Эйджер, Майкл (2002). Гилберт и Салливан - двойная биография . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-514769-3.
  • Дарригол, Оливье (2005). Миры потока: история гидродинамики от Бернулли до Прандтля . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-856843-6. включает обсуждение открытия солитонов
  • Эммерсон, Джордж С. (1977). Джон Скотт Рассел: великий викторианский инженер и военно-морской архитектор . Джон Мюррей . ISBN 0-7195-3393-7.
  • «Некролог Джона Скотта Рассела» . The Times . Архивировано из оригинального 25 мая 2011 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • Джон Скотт Рассел и уединенная волна