John Scott Russell

Ej att förväxla med John Russell Scott .

John Scott Russell

FRSE FRS FRSA
Russell J Scott.jpg
John Scott Russell 1847
Född 9 maj 1808 ( 1808-05-09 )
Parkhead , Glasgow , Skottland
dog 8 juni 1882 ( 1882-06-09 ) (74 år gammal)
Ventnor , Isle of Wight, England
Nationalitet brittisk
Utbildning University of Edinburgh , University of St. Andrews , University of Glasgow
Ockupation Ingenjör
Make Harriette Russell (född Osborne)
Barn Osborne Russell, Norman Scott Russell, Louisa Scott Russell, Mary Rachel Scott Russell, Alice M. Scott Russell
Föräldrar) David Russell och Agnes Clark Scott
Ingenjörskarriär
institutioner Royal Society of Edinburgh (rådman 1838-9), Royal Society , Institution of Civil Engineers (vicepresident), Institution of Naval Architects (vicepresident), Society of Arts (sekreterare 1845-50)
Utmärkelser Keith-priset

John Scott Russell FRSE FRS FRSA (9 maj 1808, Parkhead , Glasgow – 8 juni 1882, Ventnor , Isle of Wight) var en skotsk civilingenjör , sjöarkitekt och skeppsbyggare som byggde Great Eastern i samarbete med Isambard Kingdom Brunel . Han gjorde upptäckten av översättningsvågen som födde den moderna studien av solitoner , och utvecklade våglinjesystemet för fartygskonstruktion.

Russell var en promotor för den stora utställningen 1851 .

Tidigt liv

John Russell föddes den 9 maj 1808 i Parkhead, Glasgow, son till pastor David Russell och Agnes Clark Scott. Han tillbringade ett år vid University of St. Andrews innan han flyttade till University of Glasgow . Det var på University of Glasgow som han lade till sin mors flicknamn, Scott, till sitt eget, för att bli John Scott Russell. Han tog examen från Glasgow University 1825 vid en ålder av 17 och flyttade till Edinburgh där han undervisade i matematik och naturvetenskap vid Leith Mechanics' Institute , och uppnådde den högsta närvaron i staden.

När Sir John Leslie , professor i naturfilosofi vid University of Edinburgh avled 1832, valdes Scott Russell, även om han bara var 24 år gammal, att tillfälligt fylla den vakanta tjänsten i väntan på valet av en permanent professor, på grund av hans skicklighet i naturvetenskap och popularitet som föreläsare. Men även om han uppmuntrades att stå för den fasta tjänsten vägrade han att tävla med en annan kandidat han beundrade och koncentrerade därefter ingenjörsyrket och experimentell forskning i stor skala.

Familjeliv

Han gifte sig med Harriette Osborne, dotter till den irländska baroneten Sir Daniel Toler Osborne och Harriette Trench, dotter till earlen av Clancarty i Dublin 1839; de fick två söner (Norman överlevde) och tre döttrar, Louise (1841–1878), Rachel (1845–1882) och Alice. I London bodde de i fem år i ett hus för sekreteraren för Society of Arts och flyttade sedan till Sydenham Hill , som blev ett centrum för uppmärksamhet, särskilt efter att Russell och hans vänner flyttade Paxtons växthus för den stora utställningen till kristallen Palace i närheten.

Arthur Sullivan och hans vän Frederic Clay var frekventa besökare i Scott Russells hem i mitten av 1860-talet; Clay förlovade sig med Alice, och Sullivan uppvaktade Rachel. Medan Clay kom från en rik familj, var Sullivan fortfarande en fattig ung kompositör från en fattig familj; Scott Russell välkomnade Alices förlovning med Clay, som dock bröt det, men förbjöd förhållandet mellan Sullivan och Rachel, även om de två fortsatte att se varandra i hemlighet. Vid någon tidpunkt 1868 inledde Sullivan en samtidig (och hemlig) affär med Louise (1841–1878). Båda relationerna hade upphört i början av 1869.

Den amerikanske ingenjören Alexander Lyman Holley blev vän med Scott Russell och hans familj på hans olika besök i London vid tiden för byggandet av Great Eastern . Holley besökte också Scott Russells hus i Sydenham. Som ett resultat av detta reste Holley och hans kollega Zerah Colburn på jungfruresan Great Eastern från Southampton till New York i juni 1860. Scott Russells son, Norman, bodde hos Holley i hans hus i Brooklyn — Norman reste också vidare jungfruresan, en resa som John Scott Russell inte gjorde.

Hans son, Norman, följde sin far när han blev sjöarkitekt och bidrog till Institution of Naval Architects som hans far hade grundat.

Ångvagn

Ångvagnen, med panna under axeln och två kolvar

Medan han var i Edinburgh experimenterade han med ångmaskiner och använde en fyrkantig panna för vilken han utvecklade en metod för att hålla ytan på pannan som blev universell. Scottish Steam Carriage Company bildades för att producera en ångvagn med två cylindrar som utvecklade 12 hästkrafter vardera. Sex byggdes 1834, välfjädrade och utrustade med hög standard, som från mars 1834 löpte mellan Glasgows George Square och Tontine Hotel i Paisley med en timmes intervall med 15 mph. Vägförvaltarna invände att det slitit ut vägen och lagt olika hinder av stockar och stenar i vägen, vilket faktiskt orsakade mer obehag för häst och vagn. Men i juli 1834 välte en av vagnarna och pannan krossades, vilket orsakade flera passagerares död. Två av bussarna skickades till London där de sprang en kort stund mellan London och Greenwich.

Översättningsvågen

1834, medan han utförde experiment för att bestämma den mest effektiva designen för kanalbåtar, upptäckte han ett fenomen som han beskrev som översättningsvågen . Inom vätskedynamik kallas vågen nu för Russells solitära våg . Upptäckten beskrivs här med hans egna ord:

Jag iakttog rörelsen av en båt, som snabbt drogs längs en smal kanal av ett par hästar, när båten plötsligt stannade - inte lika mycket vattenmassan i kanalen som den hade satt i rörelse; den ackumulerades runt fören på fartyget i ett tillstånd av våldsam agitation, lämnade den sedan plötsligt bakom sig, rullade framåt med stor hastighet, antog formen av en stor ensam höjd, en rundad, jämn och väldefinierad vattenhög, som fortsatte. dess kurs längs kanalen till synes utan formförändring eller hastighetsminskning. Jag följde efter den på hästryggen och körde om den fortfarande rullande i en hastighet av cirka 14 km/h, och bevarade dess ursprungliga figur som var cirka 9 meter lång och en fot till en fot och en hälften [30−45 cm] i höjd. Dess höjd minskade gradvis, och efter en jakt på 2–3 km tappade jag den i kanalens vindlingar. Sådan, i augusti månad 1834, var min första tillfälliga intervju med det enastående och vackra fenomen som jag har kallat översättningsvågen.

Scott Russell ägnade lite tid åt att göra praktiska och teoretiska undersökningar av dessa vågor. Han byggde vågtankar i sitt hem och lade märke till några viktiga egenskaper:

  • Vågorna är stabila och kan färdas över mycket stora avstånd (normala vågor tenderar att antingen plana ut eller branta och välta)
  • Hastigheten beror på vågens storlek och dess bredd på vattendjupet.
  • Till skillnad från normala vågor kommer de aldrig att smälta samman – så en liten våg övertas av en stor snarare än att de två kombineras.
  • Om en våg är för stor för vattendjupet delar den sig i två, en stor och en liten.
Solitär våg i en laboratorievågkanal .

Scott Russells experimentella arbete verkade stå i kontrast till Isaac Newtons och Daniel Bernoullis teorier om hydrodynamik . George Biddell Airy och George Gabriel Stokes hade svårt att acceptera Scott Russells experimentella observationer eftersom Scott Russells observationer inte kunde förklaras av de existerande vattenvågsteorierna. Hans samtida ägnade lite tid åt att försöka utöka teorin men det skulle dröja till 1870-talet innan en förklaring gavs.

Lord Rayleigh publicerade ett papper i Philosophical Magazine 1876 för att stödja John Scott Russells experimentella observation med hans matematiska teori. I sin uppsats från 1876 nämnde Lord Rayleigh Scott Russells namn och medgav också att den första teoretiska behandlingen var av Joseph Valentin Boussinesq 1871; Boussinesq hade nämnt Scott Russells namn i hans tidning från 1871. Således accepterades Scott Russells observationer av ensamma vågor som sanna av några framstående vetenskapsmän under hans egen livstid.

Korteweg och de Vries nämnde inte alls John Scott Russells namn i sin tidning från 1895, men de citerade Boussinesqs tidning 1871 och Lord Rayleighs tidning 1876. Även om kortewegs och de Vries tidning 1895 inte var den första teoretiska behandlingen av detta ämne, var det en mycket viktig milstolpe i historien om utvecklingen av solitonteorin .

Det var inte förrän på 1960-talet och tillkomsten av moderna datorer som betydelsen av Scott Russells upptäckt inom fysik , elektronik , biologi och speciellt fiberoptik började förstås, vilket ledde till den moderna allmänna teorin om solitoner.

Observera att solitoner per definition är oförändrade i form och hastighet genom en kollision med andra solitoner. Så solitära vågor på en vattenyta är inte solitoner – efter samverkan mellan två (kolliderande eller omkörande) solitära vågor har de ändrats något i amplitud och en oscillerande rest finns kvar.

Vågledningssystem

Schema av bågen enligt våglinjeprincipen

När Russell väl hade ett sätt att observera båtar i hittills oöverträffade hastigheter längst fram i sin översättningsvåg, tog han sig an den mer grundläggande frågan för båtdesign att hitta den skrovform som ger minst motstånd. Detta, resonerade han, var angelägen om att flytta vattenmassan effektivt ur vägen för skrovet och sedan tillbaka för att fylla luckan efter att den har passerat. Genom noggranna mätningar med dynamometrar validerade han sin teori att en bevandrad sinusvåg ger den ideala formen.

Till en början trodde han att aktern kunde vara en spegel av stammen , men insåg snart att det avlägsnande vattnet producerade något som var närmare konventionella vågor än hans ensamma vågor och slutade med en rundad akter med en kontaktledningsform .

Hans studier skapade en revolution i designen av skrov för handels- och flottans fartyg. De flesta dåtidens skepp hade rundade förar för att optimera lastkapaciteten, men från och med 1840-talet började "extreme clipper-skeppen " att visa konkava förstäver, liksom ångfartyg som kulminerade med Great Eastern . Efter att hans åsikter framförts av befälhavare Fishbourne, erkände den amerikanske marinarkitekten John W. Griffiths kraften i Russells arbete i sin avhandling om marin- och marinarkitektur från 1850, även om han var motvillig att erkänna en skuld till Russell.

Dopplereffekt

Scott Russell gjorde en av de första experimentella observationerna av Dopplereffekten som han publicerade 1848. Christian Doppler publicerade sin teori 1842.

Branschorganisation

Mycket av Russells tidiga experimentella arbete hade utförts under beskydd av British Association och under hela sitt liv bidrog han till de vetenskapliga och professionella föreningarna som blev allt viktigare under den eran.

1844 var järnvägsbommen på topp. Russell hade bidragit med en artikel om ångmotorn och ångnavigering för den 7:e upplagan av Encyclopædia Britannica 1841 som också dök upp i bokform. Charles Wentworth Dilke erbjöd honom redaktionen som en ny veckotidning, Railway Chronicle i London och familjen Russell var snart i en liten tvårumslägenhet i Westminster . Nästa år blev han också sekreterare för den kommitté som inrättats av Royal Society of Arts för att organisera en nationell utställning, som försåg dem med ett radhus i Stranden . Russell introducerade snart Henry Cole för kommittén och när det några veckor före den första utställningen 1847 inte fanns några utställare tillbringade Russell och Cole tre hela dagar på att resa runt i London för att värva tillverkare och butiksägare. Denna och två efterföljande utställningar var en sådan framgång att en internationell version planerades till 1851. Vid den här tiden hade Russell återigen börjat bygga skeppsbyggnad, då järnvägsboomen var över, och även om han blev RSA:s utsedda sekreterare för den stora utställningen, var Henry Cole vid det här laget tog han ledningen och han fick bara en guldmedalj som belöning för mycket arbete.

Han blev medlem av Institution of Civil Engineers 1847, närvarade regelbundet och gjorde ofta bidrag, valdes in i dess råd 1857 och blev vicepresident 1862. Han blev dock inblandad i en ekonomisk tvist med Sir William Armstrong och gjorde' inte bli president. Men "som talare, och särskilt som talare efter middagen, hade han få likar." Han valdes till Fellow of the Royal Society 1849 även om han bidrog mindre.

1860 vid ett möte i hans hus i Sydenham bildades Institution of Naval Architects, med Russell som en av de professionella vicepresidenterna. Han deltog i de flesta möten och underlät sällan att kommentera. År 1864 publicerade han en massiv 3-volyms avhandling om The Modern System of Naval Architecture som presenterade profilerna för många av de nya fartygen som byggs.

Hans dödsruna sa om marinarkitektur:

"det kan sägas att när han började sin karriär fann han den som den mest empiriska av konsten, och han lämnade den en av de mest exakta ingenjörsvetenskaperna. Till detta stora resultat bidrog många andra till stor del förutom honom själv; men hans personliga undersökningar och teorier som han härledde från dem gav den första drivkraften till den vetenskapliga marinarkitekturen".

Fartygsbyggnad

John Scott Russell (byggare), Henry Wakefield (Russells assistent), Isambard Kingdom Brunel (designer) och Lord Derby vid lanseringen av Great Eastern .

Från omkring 1838 var Scott Russell anställd på det lilla Greenock- varvet i Thomson och Spiers där han introducerade sitt våglinjesystem till en serie Royal Mail- fartyg, tillsammans med många andra innovationer. Efter att varvet togs över av Caird , bestämde han sig för att flytta till London och 1848 köpte Millwall Iron Works varvsföretag . Han byggde två fartyg för Brunel för Australien körning, ungefär samma storlek som Brunels SS Storbritannien , Adelaide och Victoria . Problem med tankning och vatten fick Brunel att tänka i termer av större fartyg för denna resa, men fem till byggdes i samma klass.

Han hölls i hög anseende av Isambard Kingdom Brunel som gjorde honom till en partner i sitt projekt att bygga Great Eastern . Även om den ursprungliga uppfattningen, den cellulära konstruktionen och den gemensamma användningen av paddel och skruv var Brunels idéer, "förkroppsligar fartyget våglinjeformen, det längsgående konstruktionssystemet, de kompletta och partiella skotten och andra detaljer i konstruktionen som var speciella Scott Russells". Projektet plågades av ett antal problem – Scott Russell la ett bud som var alldeles för lågt med resultatet att han gick i konkurs halvvägs, även om han återhämtade sig för att avsluta jobbet; men det var Brunel som insisterade på en sjöskjutning i sidled snarare än den torrdocka som Russell föredrog. Great Eastern lanserades så småningom 1858. Scott Russell var en bättre vetenskapsman än en affärsman och hans rykte återhämtade sig aldrig helt från sina ekonomiska oegentligheter och tvister.

Under 1850-talet argumenterade han inom marinen för byggandet av krigsskepp av järn och den första designen, HMS Warrior , sägs av vissa vara ett "Russellskepp". Han klagade efteråt över sekretessen som förhindrade en öppen diskussion om frågorna och kritiserade de inom marinen som hävdade att järnfartyg inte kunde skyddas.

Bodensee Trajekts jungfruresa 1869.

Vid en tidpunkt då alla tidigare tågfärjor var flodfartyg, 1868 designade Scott Russell en tågfärja för trafik på Bodensjön , Bodensee Trajekt , som togs i trafik 1869. Detta var världens första tågfärja över sjön. Bodensee Trajekt var tvungen att uppfylla det ovanliga kravet att dess djupgående inte överstiger sex fot (1,85 m). Han uppnådde detta genom att använda överbyggnaden för att bära tågets påfrestningar. (Det var inte förrän 1892 som den första Lake Michigan tågfärjan över sjön, Ann Arbor No. 1 , designad av Frank E. Kirby , togs i bruk.) Scott Russell använde designen av Bodensee Trajekt som grund för ett kors -kanalfärja som kunde klara den grunda hamnen i Dover, men detta förverkligades inte förrän 1933.

Wien Rotunda

Rotunden

Även om hans design för den stora utställningen övertrumfades av Joseph Paxtons , designade Scott Russell Rotunden för 1873 års utställning i Wien . Med en diameter på 108 meter (354 fot) var den under nästan ett sekel den största kupolen i världen, utan några band som hindrade utsikten. Vissa anser att det är hans största konstruktionstekniska prestation.

Heder och utmärkelser

En plakett som markerar verkstaden för John Scott Russell på 8 Stafford Street i Edinburgh .

År 1838 tilldelades han Keith-medaljen i guld av Royal Society of Edinburgh för sin artikel "On the Laws by which water opposes Resistance to the Motion of Floating Bodies". Han valdes till Fellow of the Royal Society i juni 1849 för memoarer om "The great Solitary Wave of the First Order, or the Wave of Translation" publicerad i Transactions of the Royal Society of Edinburgh, och av flera memoarer i Reports of British Association .

År 1995 fick akvedukten som bär Unionskanalen – samma kanal där han observerade sin översättningsvåg – över Edinburgh Bypass (A720) namnet Scott Russell-akvedukten i hans minne. Också 1995 reproducerades den hydrodynamiska solitoneffekten nära den plats där John Scott Russell observerade hydrodynamiska solitoner 1834.

En byggnad vid Heriot-Watt University är uppkallad efter honom.

2019 valdes han in i Scottish Engineering Hall of Fame

Publikationer

Hans papper från 1844 har blivit ett klassiskt papper och citeras ganska ofta i soliton -relaterade papper eller böcker även efter mer än etthundrafemtio år.

  • Russell, J. Scott (1845). "Rapport om vågor". Rapport från det fjortonde mötet i British Association for the Advancement of Science, York, september 1844 ( PDF) . London: John Murray. 311–390, Plåtar XLVII–LVII.
  •   Russell, J. Scott (1864). Det moderna systemet för sjöarkitektur . London: Day and Son. OCLC 80429969 .
  •   Russell, J. Scott (1885). Översättningsvågen i oceanerna av vatten, luft och eter . London: Trübner & Co. OCLC 39005948 .

Anteckningar

Källor

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=John_Scott_Russell&oldid=1120727370 "