Войти
| Уильям Джон Маккорн Рэнкин | |
|---|---|
 Уильям Джон Маккорн Рэнкин | |
| Родился | ( 1820-07-05)5 июля 1820 г. Эдинбург, Шотландия |
| Умер | 24 декабря 1872 г. (1872-12-24)(52 года) Глазго, Шотландия |
| Национальность | Шотландский |
| Альма-матер | Эдинбургский университет |
| Известен | |
| Награды | Медаль Кита (1854 г.) |
| Научная карьера | |
| Поля | Физика, инженерия, гражданское строительство |
| Учреждения | Университет Глазго |
| Под влиянием | Пьер Дюгем |
Ренкин FRSE FRS ( / г æ ŋ к ɪ п / ; 5 июля 1820 - 24 декабря 1872) был шотландский инженер - механик, который также способствовал гражданской инженерии, физики и математики. Вместе с Рудольфом Клаузиусом и Уильямом Томсоном (лорд Кельвин) он был одним из основателей науки термодинамики, уделяя особое внимание первому из трех термодинамических законов. Он разработал шкалу Ренкина, эквивалентную шкале температуры Кельвина, но в градусах Фаренгейта, а не по Цельсию.
Ренкин разработал полную теорию парового двигателя и всех тепловых двигателей. Его руководства по инженерной науке и практике использовались в течение многих десятилетий после их публикации в 1850-х и 1860-х годах. Он опубликовал несколько сотен статей и заметок по науке и технике, начиная с 1840 года, и его интересы были чрезвычайно разнообразны, в том числе в юности ботаника, теория музыки и теория чисел, а в зрелые годы - большинство основных областей науки., математика и инженерия.
Он был увлеченным певцом-любителем, пианистом и виолончелистом, сочинявшим собственные юмористические песни.
Рэнкин родился в Эдинбурге в семье лейтенанта Дэвида Рэнкина (так в оригинале), инженера-строителя с военным прошлым, который позже работал на Эдинбургской и Далкитской железной дороге (в местном масштабе известной как Невинная железная дорога). Его матерью была Барбара Грэхем из известной юридической и банковской семьи.
Его отец путешествовал по Шотландии по различным проектам, и семья переехала вместе с ним. Первоначально Уильям получил домашнее образование, но позже он учился в Эр-Академии (1828–29), а затем в Средней школе Глазго (1830). Около 1830 года семья переехала в Эдинбург, когда отец получил должность управляющего Эдинбургской железной дорогой Далкейт. Семья тогда жила по адресу 2 Arniston Place.
В 1834 году он был отправлен в Шотландскую военно-морскую академию на Лотиан-роуд в Эдинбурге вместе с математиком Джорджем Ли. К тому году Уильям уже был в высшей степени искусным в математике и получил в подарок от своего дяди « Начала» Исаака Ньютона (1687 г.) на оригинальном латыни.
В 1836 году Рэнкин начал изучать широкий спектр научных тем в Эдинбургском университете, включая естественную историю при Роберте Джеймсоне и натурфилософию при Джеймсе Дэвиде Форбсе. По версии Forbes, он был награжден премиями за очерки о методах физических исследований и волновой (или волновой) теории света. Во время каникул он помогал своему отцу, который с 1830 года был менеджером, а затем эффективным казначеем и инженером Эдинбургско-Далкейтской железной дороги, которая доставляла уголь в растущий город. Он покинул Эдинбургский университет в 1838 году, не получив ученой степени (что в то время не было необычным), и, возможно, из-за стесненных семейных финансов, стал учеником сэра Джона Бенджамина Макнейла, который в то время был геодезистом Ирландской железнодорожной комиссии. Во время учебы он разработал технику, позже известную как метод Ренкина, для построения кривых железных дорог, полностью используя теодолит и значительно улучшая точность и производительность по сравнению с существующими методами. Фактически, эта техника одновременно использовалась другими инженерами - и в 1860-х годах возник небольшой спор о приоритете Ренкина.
1842 год также ознаменовал собой первую попытку Ренкина свести явление тепла к математической форме, но он был разочарован отсутствием экспериментальных данных. Во время визита королевы Виктории в Шотландию, позже в том же году, он устроил большой костер на Троне Артура, построенный с излучающими воздушными проходами под топливом. Костер послужил маяком для зажигания череды других костров по всей Шотландии.
В 1850 году он был избран членом Королевского общества Эдинбурга, его автором был профессор Джеймс Дэвид Форбс. Он получил премию Кейта Общества за период 1851–1853 годов. Он был вице-президентом Общества с 1871 по 1872 год.
С 1855 года он был профессором гражданского строительства и механики в Университете Глазго.
Он умер в доме 8 по адресу: Albion Crescent (теперь называется Dowanside Road), Dowanhill, Глазго, в 23:45 в канун Рождества 24 декабря 1872 года, в возрасте всего 52 лет. Он не был женат и не имел детей. Его смерть зарегистрировал его дядя Алекс Грэм (зять его покойной матери).
Неустрашимый Рэнкин вернулся к своему юношескому увлечению механикой теплового двигателя. Хотя его теория циркулирующих потоков упругих вихрей, объемы которых самопроизвольно адаптировались к окружающей среде, кажется ученым фантастической, сформированной на основе современной теории, к 1849 году ему удалось найти взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой. В следующем году, он использовал свою теорию для установления связи между температурой, давлением и плотностью от газов, а также выражениями для скрытой теплоты от испарения в виде жидкости. Он точно предсказал удивительный факт, что кажущаяся удельная теплоемкость из насыщенного пара будет отрицательной.
Воодушевленный своим успехом, в 1851 году он приступил к расчету эффективности тепловых двигателей и использовал свою теорию в качестве основы для вывода принципа, согласно которому максимально возможный КПД любого теплового двигателя зависит только от двух температур, между которыми он работает.. Хотя аналогичный результат уже был получен Рудольфом Клаузиусом и Уильямом Томсоном, Рэнкин утверждал, что его результат основывается только на его гипотезе о молекулярных вихрях, а не на теории Карно или другом дополнительном предположении. Эта работа стала первым шагом на пути Рэнкина к разработке более полной теории тепла.
Позже Ренкин переработал результаты своих молекулярных теорий в терминах макроскопического описания энергии и ее преобразований. Он определил и различал фактическую энергию, которая терялась в динамических процессах, и потенциальную энергию, которой она заменялась. Он предположил, что сумма двух энергий постоянна, идея, уже известная, хотя и ненадолго, в законе сохранения энергии. С 1854 года он широко использовал свою термодинамическую функцию, которая, как он позже понял, идентична энтропии Клаузиуса. К 1855 году Ренкин сформулировал энергетическую науку, которая давала представление о динамике с точки зрения энергии и ее преобразований, а не силы и движения. Эта теория была очень влиятельной в 1890-х годах. В 1859 году он предложил шкалу температуры Ранкина, абсолютную или термодинамическую шкалу, градус которой равен градусу Фаренгейта.
Энергетика предложила Рэнкину альтернативный и более распространенный подход к его науке, а с середины 1850-х годов он стал гораздо реже использовать свои молекулярные вихри. Тем не менее, он по-прежнему утверждал, что работа Максвелла по электромагнетизму фактически является продолжением его модели. А в 1864 году он утверждал, что микроскопические теории тепла, предложенные Клаузиусом и Джеймсом Клерком Максвеллом, основанные на линейном движении атомов, неадекватны. Лишь в 1869 году Ранкин признал успех этих конкурирующих теорий. К тому времени его собственная модель атома стала почти идентичной модели Томсона.
Как и была его постоянная цель, особенно как преподаватель инженерного дела, он использовал свои собственные теории для получения ряда практических результатов и разъяснения их физических принципов, включая:
История роторной динамики изобилует взаимодействием теории и практики. Ренкин впервые провел анализ вращающегося вала в 1869 году, но его модель не была адекватной, и он предсказал, что сверхкритические скорости не могут быть достигнуты.
Рисунок усталостного разрушения оси, 1843 год. Рэнкин был одним из первых инженеров, которые осознали, что усталостные отказы железнодорожных осей вызваны возникновением и ростом хрупких трещин. В начале 1840-х годов он исследовал множество сломанных осей, особенно после крушения поезда в Версале в 1842 году, когда ось локомотива внезапно сломалась, что привело к гибели более 50 пассажиров. Он показал, что оси вышли из строя из-за прогрессирующего роста хрупкой трещины от заплечика или другого источника концентрации напряжения на валу, такого как шпоночная канавка. Его поддержал аналогичный прямой анализ вышедших из строя осей Джозефом Глинном, где оси вышли из строя из-за медленного роста хрупкой трещины в процессе, теперь известном как усталость металла. Вероятно, аналогичным образом вышла из строя передняя ось одного из локомотивов, участвовавших в крушении поезда в Версале. Рэнкин представил свои выводы в документе, переданном в Институт инженеров-строителей. Однако его работа была проигнорирована многими инженерами, которые упорно верили, что стресс может вызвать «перекристаллизацию» металла, миф, который сохранился даже до недавнего времени. Теория рекристаллизации была совершенно неверной и препятствовала стоящим исследованиям до работы Уильяма Фэйрберна, появившейся несколько лет спустя, которая показала ослабляющий эффект повторяющегося изгиба на больших балках. Тем не менее усталость остается серьезным и малоизученным явлением и является основной причиной многих аварий на железных дорогах и в других местах. Это все еще серьезная проблема, но, по крайней мере, сегодня ее гораздо лучше понимают, и поэтому ее можно предотвратить путем тщательного проектирования.
Ренкин в 1870-х годах Рэнкин занимал должность регионального профессора гражданского строительства и механики в Университете Глазго с ноября 1855 года до своей смерти в декабре 1872 года, проводя инженерные исследования по ряду направлений в гражданском строительстве и машиностроении.
Рэнкин сыграл важную роль в формировании предшественника Офицерского учебного корпуса Университета Глазго, 2-го Ланаркширского стрелкового добровольческого корпуса в Университете Глазго в июле 1859 года, став майором в 1860 году после того, как он был преобразован в первую роту 2-го батальона, 1-го Ланаркширского стрелкового добровольца. Корпус; он служил до 1864 года, когда ушел в отставку из-за напряженной работы - большая часть которой была связана с военно-морской архитектурой.
В Ренкине лекция, организованная Ассоциацией Британской геотехнической, названа в знаке признания значительного вклада Ренкин, сделанный в:
Рэнкин тесно сотрудничал с кораблестроителями Клайда, особенно с его другом и соратником на протяжении всей жизни Джеймсом Робертом Напьером, чтобы превратить военно-морскую архитектуру в инженерное дело. Он был одним из основателей и первым президентом Института инженеров и кораблестроителей в Шотландии в 1857 году. Он был одним из первых членов Королевского института морских архитекторов (основан в 1860 году) и посещал многие из его ежегодных собраний. Вместе с Уильямом Томсоном и другими Рэнкин входил в комиссию по расследованию скандального гибели корабля HMS Captain.
