Реферат: Ранкин Джон Уильям Маккуорн
/>РАНКИН УИЛЬЯМ ДЖОН МАКУОРН
5.7.1820 – 24.12.1872
/> Можно только задаваться вопросом,
был ли блеск Уильяма Джона Макуорна
Ранкина наследственный или он был просто одареннымчеловеком своего
времени. В лекции, представленной перед
Британским геотехническим обществом в
Университете Глазго 13 декабря 1972,
Хью Б. Сутерланд, профессор граждан-ского строительства университетаГлазго сказал относительно него:
— ' Ранкин был не обычным человеком. '
Он подобострастно описал свою задачу сообщения жизни ивремени Ранкина, говоря:
' Это оставило меня счувством, что все, что я могу рассказать, является данью гиганту прошлого открошечного смертного из настоящего."
При окончании своей лекции,он заявил:
' Ранкин был наиболеезамечательной комбинацией человеческого гения и юмора’.
Уильям Джон Макуорн Ранкин — имя, выгравированное в научной летописи во всем мире. Ранкин наиболее известенза свои достижения в термодинамике (описание эксплуатационного цикла идеальногодвигателя, используя пар или другие испарения) и механику почвы (земная теориядавления). Так же другим звездным признаком этого великого человека было то, чтоон также был превосходным техническим педагогом. Он подчеркивал взаимнуюзависимость и гармонию между нормальной теорией и хорошей практикой, и он былответствен за становление известных универ-ситетских «курсовбутерброда» в сотрудничестве с ведущими промышленниками в Шотландии. Егозаявленная цель, " продвиже-ние науки в применении к практике вмеханических искусствах ", преследовалась во всей его работе кактехнический ученого и преподавателя.
РодилсяРанкин в Шотландии в Эдинбурге 5 июля 1820, в семье инженера. Уже в юные годысмог проявить свои таланты, которые в последствии сделали его знаменитым. Вшестнадцать лет, обучаясь в Эдинбургском университете, он получает золотуюмедаль за очерк по относительной волнообразной теории света, и двумя годамипозже получает дополнительный приз за другой очерк по относи-тельным методамфизического исследования. Финансовые проблемы вынудили молодого Уильямаоставить учебу на время, поступить на службу в помощники к своему отцу в компанию«Железная дорога Эдинбург&Далкейт». После года работы он уезжает в Ирландиюи становится учеником сэра Джона Бенджамина МакНеилла ведущего гражданского инженера,бывшего инспектором Ирландской желез-нодорожной комиссии в то время. В течениеэтого периода, Ранкин развивал метод отправляющихся круглых кривых, известно стех пор как " метод Ранкина ". После завершения своего ученичества в1842, Ранкин возвратился в Шотландию, где работает на железных дорогах, вгаванях вплоть до 1848 года. В это же время молодой Уильям Джон Макуорн Ранкин начинаетпредставлять свои разработки в Институт гражданских инженеров.
С1848 он начинает ряд исследований в молекулярной физике, которая занимала его втечение всей оставшейся жизни. Но самые крупные исследов-ания и научные трудыРанкин сделал в области технической термодинамики, считаясь теперь, по праву,одним из основателей этого раздела общей физики.
В1949 выпускает свои первые две работы по теории высокой температуры. Самаяранняя работа, «О зависимости между темпе-ратурой и максимальной эластичностьюпара и других испарений»
(« On an Equation between the Temperature and the Maximum Elasticity ofSteam and other Vapours») была напечатана в Эдинбург-ском новом философском журнале. И в конце года высылает в Королевское общество вЭдинбурге, членом которого становится в 1853 году, свою работу «О формуле длявычисления расширения жидкостей высокой температурой» («On a Formula for Calculating the Expansion of Liquids by Heat»).
В1850-х годах успешно занимается научной работой в техни-ческой термодинамике.Параллельно с еще несколькими европей-скими учеными разрабатывает исчислениемеханической теории теплоты и попытался вывести из нее законы всех явлений, наблю-даемыхв газах. Благодаря этим исследованиям, наряду с законом сохранения силы как первымначалом, появляется второе начало новой теории теплоты, гласящее,что не всякая теплота заключен-ная в теле, может быть превращена в механическуюработу. В связи с этим началом возник длинный спор по вопросу о границах егоприменимости. Благодаря этому ученые мало помалу вышли из специальной областитеории теплоты и вступили в область более общих механических представлений. Второеначало, постепенно расширяясь, превратилось в общее механическое начало.Ранкин в сотрудничестве с Томсоном и Клаузисом разработал новый метод оценкипаровых машин, важнейшего для всей теплотехники, наме-ченного еще в работахКарно, бывшего в противоречии с господ-ствовавшей до того теорией Памбурга. Шотландскийученый получил, что даже в наиболее паровой машине не все потребленное ею тепломожет быть превращено в работу. Более того, что в силу существующихвзаимоотношений, при значительной высоте темпе-ратуры всех применяемых тел надабсолютным нулем, большая часть тепла должна бесполезно переходить с однойчасти машины на другую или тратиться на изменение внутреннего состояния тела.Его перу принадлежит первые определения энергии и закона сохраненияэнергии в совершенно общем виде и с ясным сознанием вытекающих отсюдаважных последствий. В своей научной работе «Об общем законе преобразованияэнергии»(«On the general law of the transformation of energy»,1853),представленном в Эдинбург-ском философском обществе, Ранкин написал, чтоэнергия – это всякое свойство вещества, которое представляет собой силу илисравнимо с силой, способной производить изменения, сопровожда-ющиесяпреодолением сопротивлений. Действующая энергия есть измеримое и передаваемое илипревратимое свойство, присутствие которого в веществе вызывает в нем стремлениеизменить своё состояние в одном или нескольких отношениях. При наступленииэтих изменений действующая энергия исчезает и заменяется потен-циальнойэнергией, которая измеряется величиной изменения состояния вещества, в связи свеличиной того стремления или силы, благодаря которой это изменение произошло.После этого Ранкин выразил закон сохранения энергии в следующей форме:сумма всей энергии (потенциальной и кинетической) во Вселенной остаетсянеизменной. Два года спустя шотландский ученый определенно указал, что цельэтих новых определений заключается в том, чтобы взамен лишь гипотетическихатомов и их сил дать новые отвлеченные понятия, которые не содержали бы в себеничего гипотетического и были бы выведены непосредственно из фактов.
В1853, вместе с Джеймсом Робертом Нейпиром, он запроекти-ровал и запатентовалновую форму воздушного двигателя.
В 1854 году ученый получаетКейтскую медаль (the Keith medal) от Эдинбургского королевского общества, завклад в развитие и узучение термодинамики.
3 декабря 1855 года, ввозрасте 35 лет, Уильям Джон Макуорн Ранкин был назначен королевской комиссиейПрофессором гражданского строительства и механики в Университете Глазгосоответствующим королевским декретом, где проработал до своей смерти, сделавскромный шотландский университет хорошим конкурентом для признанных лидеровобучения того времени. В 1857 году становится первым президентом Институтаинженеров в Шотландии.
Занятия Ранкина усталостью вметаллах железнодорожных осей вели к новым методам строительства. Он такжеработает над механикой почвы, в которой его изучение земных давлений истабильности сохранения стен сделало известным вклад в науку.
Все, чем бы ученый незанимался, он делал добросовестно и успешно. Все свои доводы он старалсяразвить и облечь в математическую форму. Уже будучи профессором, Ранкиннаправляет свое внимание к теории военно-морской архитектуры, и кажетсяпреследует это с алчностью. Он разрабатывает теорию сопротивления волнам судномлюбой конструкции с твердыми математическими обоснованиями, которая превосходиттеорию Скотта Русела о волнах-линиях, основанной большей частью на догадках.Подстрекаемый исследованиями Фроуда Ранкин берется за не менее сложный вопрос овращении судна среди волн и реше-ние было не менее успешным, чем проблемасопротивления.
Именно в 1861 году Фроудположил перед Институтом военно-морской архитектуры свою теорию вращения судов,имевшая наибольший прогресс, который был сделан в военно-морской архитектуре започти три четверти столетия. " Этот вопрос, " используя слова СкоттаРусела, " был тот, который до настоящего времени абсолютно уклонялся отисследования математиками и устройства военно-морского архитектуры, " иэто, следовательно не удивительно, что много выдающихся научных людей с трудом принимали взгляды Фроуда, когда они были сначала представлены публике.Профессор Ранкин, однако, с его обычной проницательностью, сразу почувствовалих правильность, и на следующей сессии Института указал, что самый простойметод достижения отличительного уравнения движения судна состоит в том, чтобыпредположить, что фигура волны должна быть трочоидной (trochoidal), вместопринятой гипотезы синусов, которую Фроуд принял как основание своей теории. «Этопредпо-ложение,- как Фроуд заявил при разговоре относительно разработки профессораРанкина,- именно то, что ясно ведет к полному и строгому решению целоговопроса.» Потому как теория Фроуда основывалась большей мере на экспериментах,а ранкинов-ская – на теоретических исследованиях.
В течение этого периода ониздал его четыре больших учебника, все из которых пошли в многократные издания:«Руководство Прикладной Механики» (Manual of Applied Mechanics, 1858), «Руководство паровогодвигателя и других моторов», (Manual of the Steam-engine and Other Prime Movers, 1859); «Руководствогражданского строительства», (Manual of Civil Engineering, 1861) и «Машины и прессы» (Machinery and Millwork, 1869). Эти,книги, однако, не характеризовали полностью огромную энергию Ранкина егомногосторонний характер. Он был восторженным и наиболее полезным лидеромдвижения добровольцев, автором, компози-тором и певцом юмористических ипатриотических песен, некоторые из которых, как «Трехфутовое Правило»(«The Three Foot Rule”) и „У них никогда не будет Гибралтара“ (“Theynever shall have Gibraltar”), стали известными далеко вне круга его знакомства.Ранкин был самым ранним из трех основателей современной науки Термодинамики.Автор первого формального трактата о предмете. Его вклады в теории Эластичностии Волн занимают место высоко среди событий 19 века математической физики, хотяони — простые единицы среди 150 научных бумаг.
«Руководство паровогодвигателя и других моторов» считается одним из главных трудов профессора, вкотором он описал термодинамический цикл событий (так называемый цикл Ранкина),который использовался как стандарт для работы сооружений паровой мощи, гдезначительный пар обеспечивает рабочую жидкость. Ранкин здесь объяснил, какжидкость в котле, выпаренном дополнением высокой температуры преобразовываетчасть этой энергии в механическую энергию, когда пар расширяется в двигателе.Поскольку исчерпывающийся пар сжат охлаждающейся средой типа воды, высокаятемпература потеряна от цикла. Сжатая жидкость накачана назад в котел. Этаконцепция цикла мощи была полезна для инженеров развивающих оборудование иразрабатывающих электростанции.
Он был болен в течениемногих месяцев до своей смерти, и хотя он оправился достаточно, чтобы принятьучастие на встрече Британской Ассоциации в Брайтоне, в августе 1872 года, те,кто видели его, не могли не заметить, что он выглядит не старше своеговозраста. Другое серьезное нападение болезни сломило его снова в октябре, но онеще раз, казалось, восстановил свое здоровье, и его состояние не возбуждалоникакой большой тревоги за несколько дней перед Рождеством, когда он быстротерял способность говорить и чувствительность правой стороны тела. Но он так ине окреп, и его смерть произошла на Сочельник 24 декабря 1872 года.
Список использованной литературы:
1. The Hutchinson Dictionary of ScientificBiography
© Helicon Publishing Ltd. 1999;
2. Naval Science Vol.II (1873), pp 259-260
3. Розенбергер Ф., История физики, пер. с нем., ч.3, в.2,М.-Л., 1936