Loading article…
ジョン・スコット・ラッセル（1808年5月9日- 1882年6月8日）は、スコットランドの土木技師、造船技師であり、イザムバード・キングダム・ブルネルと共同でグレート・イースタン号を建造した。彼は、ソリトンの現代的な研究の礎となる並進波を発見し、船舶建造のための波線システムを開発した。
ラッセルは1851年のロンドン万国博覧会の推進者の一人だった。
ジョン・ラッセルは1808年5月9日、グラスゴーのパークヘッドで、デイヴィッド・ラッセル牧師とアグネス・クラーク・スコットの息子として生まれた。セント・アンドリュース大学で1年間過ごした後、グラスゴー大学に編入した。グラスゴー大学在学中に、母親の旧姓であるスコットを自分の姓に加え、ジョン・スコット・ラッセルとなった。1825年、17歳でグラスゴー大学を卒業し、エディンバラに移り、リース・メカニクス・インスティテュートで数学と科学を教え、市内最高の出席率を達成した。[ 2 ]
1832年にエディンバラ大学の自然哲学教授ジョン・レスリー卿が死去すると、スコット・ラッセルはわずか24歳であったが、自然科学の知識と講師としての人気から、常任教授が選出されるまでの間、一時的にその空席を埋めるために選出された。しかし、常任教授の地位に立候補するよう勧められたにもかかわらず、尊敬する別の候補者と競うことを拒否し、その後は工学の専門職と大規模な実験研究に専念した。[ 3 ]
ラッセルの最初の妻は、エディンバラのストックブリッジにあるアン・ストリートのフランシス・グランヴィル・ダウンズで、1832年4月17日にエディンバラの聖ヨハネ聖公会教会で結婚した。 [ 4 ] フランシスはベテラン大隊のチャールズ・ダウンズ少佐の長女だった。残念ながら、フランシスは1年後の1833年4月23日にわずか20歳で亡くなり、他のダウンズ家の親族とともに聖ヨハネ教会の墓地に埋葬されている。[ 5 ]
彼は1839年にダブリンで、アイルランドの準男爵サー・ダニエル・トーラー・オズボーンとクランカーティ伯爵の娘ハリエット・トレンチの娘ハリエット・オズボーンと結婚した。彼らには2人の息子（ノーマンは生き残った）と3人の娘、ルイーズ（1841年～1878年）、レイチェル（1845年～1882年）、アリスがいた。ロンドンでは、芸術協会の秘書のために用意された家に5年間住み、その後シデナム・ヒルに移り住んだ。シデナム・ヒルは、ラッセルとその友人たちが大博覧会のためにパクストンの温室を近くのクリスタル・パレスに移設した後、特に注目を集める場所となった。 [ 6 ]
アーサー・サリバンと友人のフレデリック・クレイは、1860年代半ばにスコット・ラッセル家によく出入りしていた。クレイはアリスと婚約し、サリバンはレイチェルに求愛した。クレイは裕福な家庭の出身だったが、サリバンは貧しい家庭出身の貧しい若い作曲家だった。スコット・ラッセル家はアリスとクレイの婚約を歓迎したが、クレイは婚約を解消し、サリバンとレイチェルの関係を禁じた。しかし、二人は密かに交際を続けた。1868年のある時期に、サリバンはルイーズ（1841年 - 1878年）と同時（かつ秘密裏に）関係を持った。どちらの関係も1869年初頭までに終わった。[ 7 ]
アメリカ人技師のアレクサンダー・ライマン・ホリーは、グレート・イースタン号の建造中にロンドンを何度か訪れた際、スコット・ラッセルとその家族と親交を深めた。ホリーはシデナムにあるスコット・ラッセルの自宅も訪れた。その結果、ホリーは同僚のゼラ・コルバーンと共に、1860年6月にサウサンプトンからニューヨークへのグレート・イースタン号の処女航海に同行した。スコット・ラッセルの息子ノーマンはブルックリンにあるホリーの家に滞在し、処女航海にも同行した。この航海には、ジョン・スコット・ラッセル自身は同行しなかった。
彼の息子ノーマンは、父と同じく造船技師となり、父が創設した造船技師協会に貢献した。[ 8 ]
エディンバラ滞在中、彼は蒸気機関の実験を行い、角型ボイラーを用いて、ボイラー表面を固定する方法を開発し、それが広く普及した。スコティッシュ・スチーム・キャリッジ・カンパニーが設立され、それぞれ12馬力を発生する2気筒の蒸気自動車が製造された。1834年に6台が製造され、サスペンションがしっかりしており、高い水準で装備されていた。これらの自動車は、1834年3月からグラスゴーのジョージ・スクエアとペイズリーのトントイン・ホテル間を1時間おきに、平均時速10マイルで運行された 。
道路管理委員会は、それが道路を摩耗させるとして反対し、通行を妨げるために道路に厚い層の緩い石を敷いた。馬車や荷車は完全に通行止めになったが、蒸気自動車は通行できた。しばらくして、蒸気自動車の車輪の1つが壊れ、車軸の下に吊り下げられていたボイラーに車体の全重量がかかった。爆発し、5人が死亡した。民事裁判所は、自動車の運行を差し止めた。2台の馬車はロンドンに送られ、ロンドンとグリニッジの間で短期間運行された。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
1834年、運河船の最も効率的な設計を決定するための実験を行っていた際に、彼は並進波と呼ばれる現象を発見しました。流体力学では、この波は現在ラッセルの孤立波と呼ばれています。この発見は、彼自身の言葉で次のように説明されています。[ 12 ] [ 13 ]
私は、2頭の馬に引かれて狭い水路を高速で進むボートの動きを観察していたところ、ボートが突然停止しました。しかし、ボートが動かしていた水路の水塊は止まらず、激しく揺れながら船首の周りに集まり、突然ボートを置き去りにして、大きな孤立した隆起、丸く滑らかで明確な形の水の塊の形をとって、水路に沿って進み続けました。その形は、速度も変化していないように見えました。私は馬に乗ってそれを追跡し、時速8～9マイル（14km /h）の速度で転がり続け、元の形状である長さ約30フィート（9m ）、高さ1～1フィート半（30～45cm ）を保ったまま追いつきました。その高さは徐々に小さくなり、1～2マイル（2～3km）追跡した後、 水路の曲がりくねったところでそれを見失いました。こうして、1834年8月、私は「翻訳の波」と名付けた、あの独特で美しい現象と初めて偶然出会ったのである。
孤立波の現象は、1826年にトリノのジョルジオ・ビドーネによって既に報告されていたが、[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]ビドーネの研究は、同年エジンバラ科学誌で言及されたにもかかわらず、オランダとイギリスの研究者には注目されなかったようである。[ 17 ]
スコット・ラッセルは、これらの波について実践的かつ理論的な調査に時間を費やした。彼は自宅に波の水槽を作り、いくつかの重要な特性に気づいた。
スコット・ラッセルの実験的研究は、アイザック・ニュートンとダニエル・ベルヌーイの流体力学理論とは相容れないように見えた。ジョージ・ビデル・エアリーとジョージ・ガブリエル・ストークスは、スコット・ラッセルの実験的観察結果が既存の水波理論では説明できなかったため、それを受け入れるのに苦労した。 1862年には、フランスのブルゴーニュ運河で実験を行った後、アンリ・バザンが追加の観察結果を報告した。 [ 18 ] 1863年、バザンはスコット・ラッセルの研究を取り上げた『Recherches hydrauliques entreprises par MH Darcy』（英語：MH Darcyによる水力学的研究）というタイトルの研究論文を執筆した。 [ 19 ]
Verslag aan de Fransche academie van wetenschappen over het gedeelte der verhandeling van Bazin, betrekkelijk de opstuwingen en de voortbeweging der golven (英語:サージと波の伝播に関するバザンの論文の一部に関するフランス科学アカデミーへの報告)と題されたバザンの著作のオランダ語翻訳が、 1869 年のオランダのKoninklijk Instituut van Ingenieurs (英語: Royal Institute of Engineers ) の議事録。フランス語のオリジナル論文および翻訳された論文では、孤立波の速度は次のように与えられます。
この公式は本文中で「スコット・ラッセルの法則」と表記されている。[ 20 ]同時代の人々は理論を拡張しようと試みたが、説明がなされるまでには1870年代までかかった。
レイリー卿は1876年にPhilosophical Magazineに論文を発表し、ジョン・スコット・ラッセルの実験的観察を自身の数学理論で支持した。[ 21 ]レイリー卿は1876年の論文でスコット・ラッセルの名前を挙げ、最初の理論的考察は1871年のジョセフ・ヴァレンティン・ブシネスクによるものであると認めた。ブシネスクは1871年の論文でスコット・ラッセルの名前を挙げていた。[ 22 ] このように、スコット・ラッセルの孤立波に関する観察は、彼自身の生前に著名な科学者たちによって真実として受け入れられた。
コルテヴェークとド・フリースは、1895年の論文でジョン・スコット・ラッセルの名前を全く言及しなかったが、1871年のブシネスクの論文と1876年のレイリー卿の論文を引用した。1895年のコルテヴェークとド・フリースの論文はこの主題に関する最初の理論的研究ではなかったが、ソリトン理論の発展の歴史において非常に重要な節目となった。[ 23 ]
スコット・ラッセルの発見が物理学、電子工学、生物学、特に光ファイバーにおいて重要な意味を持つようになったのは、1960年代になって現代のコンピュータが登場してからであり、それが現代のソリトン一般理論につながった。[ 24 ]
ソリトンは定義上、他のソリトンとの衝突によって形状や速度が変化しないことに注意が必要です。[ 25 ]したがって、水面上の孤立波はソリトンではありません。2つの孤立波（衝突または追い越し）が相互作用した後、振幅がわずかに変化し、振動残余が残ります。[ 26 ]
ラッセルは、それまで前例のない速度で航行する船を、自身の考案した波の先端で観察する方法を確立すると、船体設計におけるより根本的な問題、すなわち抵抗が最小となる船体形状の探求に着手した。彼は、これは船体の周囲から効率的に水を移動させ、通過後にその隙間を埋めるように戻すことに関係すると考えていた。ダイナモメーターを用いた綿密な測定により、彼は正弦波が理想的な形状を生み出すという自身の理論を検証した。
当初彼は船尾を船首の鏡像にしようと考えたが、すぐに排水によって生じる波が、彼が考案した孤立波よりも一般的な波に近いものであることに気づき、最終的には懸垂線状の丸みを帯びた船尾に落ち着いた。
彼の研究は、商船や海軍船の船体設計に革命をもたらした。当時のほとんどの船は積載量を最適化するために丸みを帯びた船首を持っていたが、1840年代から「エクストリーム・クリッパー船」は凹型の船首を示すようになり、蒸気船も次第に凹型船首を採用するようになり、グレート・イースタン号で頂点に達した。フィッシュボーン司令官が彼の見解を提唱した後、[ 27 ]アメリカの造船技師ジョン・W・グリフィスは、 1850年の著書『海洋および造船建築に関する論文』[ 28 ]でラッセルの研究の力を認めたが、ラッセルへの恩義を認めることには消極的だった。
スコット・ラッセルはドップラー効果 の最初の実験的観測の1つを行い [ 29 ]、1848年に発表した。クリスチャン・ドップラーは1842年に自身の理論を発表した。
ラッセルの初期の実験研究の多くは英国科学振興協会の後援のもとで行われ、彼は生涯を通じて、当時重要性を増しつつあった科学団体や専門家団体に貢献した。
1844 年、鉄道ブームは絶頂期を迎えていた。ラッセルは1841 年にブリタニカ百科事典第 7 版に蒸気機関と蒸気航行に関する記事を寄稿しており、これは書籍としても出版された。[ 30 ]チャールズ・ウェントワース・ディルクは彼にロンドンの新しい週刊紙、鉄道クロニクルの編集職を提供し、ラッセル一家はすぐにウェストミンスターの小さな 2 部屋のアパートに引っ越した。翌年、彼は王立芸術協会が全国博覧会を組織するために設立した委員会の秘書にもなり、ストランドにタウンハウスを提供された。ラッセルはすぐにヘンリー・コールを委員会に紹介し、1847 年の最初の博覧会の数週間前に出展者がいなかったとき、ラッセルとコールは製造業者や商店主を募るために 3 日間かけてロンドン中を回った。この博覧会とそれに続く2回の博覧会は大成功を収め、1851年には国際版の博覧会が計画された。この頃には鉄道ブームが終焉を迎え、ラッセルは再び造船業を始めていた。彼は王立芸術協会（RSA）から万国博覧会の事務局長に任命されたものの、ヘンリー・コールが主導権を握っており、ラッセルは多大な努力にもかかわらず、金メダル1個しか得られなかった。
ラッセルは1847年に土木学会の会員となり、定期的に出席し頻繁に寄付を行い、1857年に評議員に選出され、1862年には副会長となった。しかし、ウィリアム・アームストロング卿との金銭的な争いに巻き込まれ、会長にはなれなかった。しかし、「講演者として、特に晩餐会後の講演者として、彼に匹敵する者はほとんどいなかった」[ 31 ]。彼は1849年に王立協会のフェローに選出されたが、寄付は少なかった。
1860年、シデナムにある彼の自宅での会合で、海軍建築家協会が設立され、ラッセルは専門副会長の一人となった。[ 32 ]彼はほとんどの会合に出席し、意見を述べなかったことはほとんどなかった。[ 33 ] 1864年、彼は「近代海軍建築システム」に関する膨大な3巻の論文を出版し、建造中の多くの新しい船のプロファイルを示した。
彼の死亡記事には、造船技術について次のように書かれていた。
スコット・ラッセルは1838年頃から、トムソン・アンド・スピアーズの小さなグリーノック造船所で働き、そこで波線システムを一連のロイヤル・メール船に導入し、その他多くの革新をもたらした。造船所がケアドに買収された後、彼はロンドンに移ることを決意し、1848年にミルウォール・アイアン・ワークス造船会社を買収した。彼はオーストラリア航路のためにブルネルのために2隻の船を建造したが、それはブルネルのSSグレート・ブリテン、アデレード、ビクトリアとほぼ同じ大きさだった。燃料補給と水の問題から、ブルネルはこの航海のためにもっと大きな船を考えるようになったが、同じクラスの船がさらに5隻建造された。[ 34 ]
彼らが一緒に事業を始める前から、スコット・ラッセルはイザムバード・キングダム・ブルネルから高く評価されており、ブルネルは彼をグレート・イースタン号建造プロジェクトのパートナーに任命した。[ 35 ]当初の構想、セル構造、パドルとスクリューの併用はブルネルのアイデアであったが、「この船は、波線形状、縦方向の構造システム、完全および部分的な隔壁、その他の構造の詳細を体現しており、これらはスコット・ラッセル特有のものであった」。[ 31 ]このプロジェクトは多くの問題に悩まされた。スコット・ラッセルはあまりにも低い入札額を提示したため、途中で破産したが、その後回復して仕事を完了させた。しかし、ラッセルが好んだ乾ドックではなく、横向き進水式を主張したのはブルネルであった。[ 36 ]グレート・イースタン号は最終的に1858年に進水した。スコット・ラッセルはビジネスマンというより科学者として優れており、彼の評判は、財政上の不正、重大な職務怠慢、紛争から完全に回復することはなかった。LTC ロルトはブルネルの伝記の中で、「ラッセルがブルネルを欺き、彼の信頼を裏切ったことは、日を追うごとにますます嘆かわしいほど明らかになってきた」と記している。[ 37 ]
1850年代、彼は海軍内で鉄製軍艦の建造を主張し、最初の設計であるHMSウォーリアーは 、一部の人々から「ラッセル艦」と呼ばれている。[ 38 ] [ 39 ]その後、彼は問題の公開討論を妨げる秘密主義について不満を述べ、鉄製の艦船は保護できないと主張する海軍内の人々を批判した。[ 40 ] [ 41 ]
それまでの鉄道フェリーはすべて河川船であった時代に、1868年にスコット・ラッセルはボーデン湖で運行する鉄道フェリー「ボーデンゼー・トラジェクト」を設計し、1869年に就航した。これは世界初の湖横断鉄道フェリーであった。ボーデンゼー・トラジェクトは喫水が6フィート（1.85m）を超えないという異例の要件を満たす必要があった。彼は上部構造を利用して列車の応力を支えることでこれを実現した。（ミシガン湖初の湖横断鉄道フェリー「アン・アーバー1号」が就航したのは1892年で、フランク・E・カービーが設計した。）スコット・ラッセルはボーデンゼー・トラジェクトの設計を基に、ドーバーの浅い港を航行できる海峡横断フェリーを設計したが、これは1933年まで実現しなかった。[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]
スコット・ラッセルは、大博覧会の設計ではジョセフ・パクストンの設計に及ばなかったものの、 1873年のウィーン万博のためにロタンデを設計した。直径108メートル（354フィート）のこのドームは、視界を遮る支柱がなく、ほぼ1世紀にわたって世界最大のドームであった。彼の構造工学における最大の功績と考える人もいる。[ 46 ]
1838年、彼は論文「水が浮体の運動に抵抗する法則について」でエディンバラ王立協会から金キースメダルを授与された。 1849年6月、エディンバラ王立協会紀要に掲載された「第一級の巨大な孤立波、または並進波」に関する論文と、英国科学振興協会の報告書に掲載されたいくつかの論文により、王立協会のフェローに選出された。[ 47 ]
1995年、彼が「並進波」を観測したのと同じユニオン運河がエジンバラ・バイパス（A720）を跨ぐ水道橋は、彼の功績を称え、スコット・ラッセル水道橋と名付けられた。また、同じく1995年には、ジョン・スコット・ラッセルが1834年に流体力学的ソリトンを観測した場所の近くで、流体力学的ソリトン効果が再現された。
ヘリオット・ワット大学には、彼の名を冠した建物がある。
2019年に彼はスコットランド工学殿堂入りを果たした[ 48 ]
彼の1844年の論文は古典的な論文となり、 150年以上経った今でも、ソリトン関連の論文や書籍で頻繁に引用されている。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）