John Scott Russell

John Scott Russell FRSE FRSA (Frente a la derecha)
John Scott Russell en 1847
Nacido	9 de mayo de 1808 ( 09-05-1808 ) Parkhead , Glasgow , Escocia
Fallecido	8 de junio de 1882 (74 años) ( 09-06-1882 ) Ventnor , Isla de Wight, Inglaterra [1]
Nacionalidad	británico
Educación	Universidad de Edimburgo , Universidad de St. Andrews , Universidad de Glasgow
Ocupación	Ingeniero
Cónyuge	Harriette Russell (de soltera Osborne)
Niños	Osborne Russell, Norman Scott Russell, Louisa Scott Russell, Mary Rachel Scott Russell, Alice M. Scott Russell
Padres)	David Russell y Agnes Clark Scott
Carrera de ingeniería
Instituciones	Sociedad Real de Edimburgo (consejero entre 1838 y 1839), Sociedad Real , Institución de Ingenieros Civiles (vicepresidente), Institución de Arquitectos Navales (vicepresidente), Sociedad de las Artes (secretario entre 1845 y 1850)
Premios	Premio Keith

John Scott Russell (9 de mayo de 1808, Parkhead , Glasgow – 8 de junio de 1882, Ventnor , Isla de Wight) fue un ingeniero civil , arquitecto naval y constructor naval escocés que construyó el Great Eastern en colaboración con Isambard Kingdom Brunel . Descubrió la onda de traslación que dio origen al estudio moderno de los solitones y desarrolló el sistema de líneas onduladas para la construcción de barcos.

Russell fue un promotor de la Gran Exposición de 1851 .

John Russell nació el 9 de mayo de 1808 en Parkhead, Glasgow, hijo del reverendo David Russell y Agnes Clark Scott. Pasó un año en la Universidad de St. Andrews antes de trasladarse a la Universidad de Glasgow . Fue mientras estaba en la Universidad de Glasgow que añadió el apellido de soltera de su madre, Scott, al suyo, para convertirse en John Scott Russell. Se graduó de la Universidad de Glasgow en 1825 a la edad de 17 años y se mudó a Edimburgo , donde enseñó matemáticas y ciencias en el Instituto de Mecánica de Leith , logrando la mayor asistencia en la ciudad. ^[2]

A la muerte de Sir John Leslie , profesor de Filosofía Natural en la Universidad de Edimburgo en 1832, Scott Russell, aunque sólo tenía 24 años, fue elegido para cubrir temporalmente la vacante en espera de la elección de un profesor permanente, debido a su competencia en ciencias naturales y su popularidad como conferenciante. Pero aunque se le animó a presentarse al puesto permanente, se negó a competir con otro candidato al que admiraba y, a partir de entonces, se concentró en la profesión de ingeniería y la investigación experimental a gran escala. ^[3]

Se casó con Harriette Osborne, hija del baronet irlandés Sir Daniel Toler Osborne y de Harriette Trench, hija del conde de Clancarty en Dublín en 1839; tuvieron dos hijos (Norman sobrevivió) y tres hijas, Louise (1841-1878), Rachel (1845-1882) y Alice. En Londres vivieron durante cinco años en una casa proporcionada para el secretario de la Sociedad de las Artes y luego se mudaron a Sydenham Hill , que se convirtió en un centro de atención especialmente después de que Russell y sus amigos trasladaran el invernadero de Paxton para la Gran Exposición al cercano Palacio de Cristal . ^[4]

Arthur Sullivan y su amigo Frederic Clay fueron visitantes frecuentes en la casa de Scott Russell a mediados de la década de 1860; Clay se comprometió con Alice y Sullivan cortejó a Rachel. Mientras que Clay provenía de una familia adinerada, Sullivan era todavía un compositor joven y pobre de una familia pobre; los Scott Russell acogieron con agrado el compromiso de Alice con Clay, quien, sin embargo, lo rompió, pero prohibió la relación entre Sullivan y Rachel, aunque los dos continuaron viéndose en secreto. En algún momento de 1868, Sullivan comenzó un romance simultáneo (y secreto) con Louise (1841-1878). Ambas relaciones cesaron a principios de 1869. ^[5]

El ingeniero estadounidense Alexander Lyman Holley se hizo amigo de Scott Russell y su familia en sus diversas visitas a Londres en la época de la construcción del Great Eastern . Holley también visitó la casa de Scott Russell en Sydenham. Como resultado de esto, Holley y su colega Zerah Colburn viajaron en el viaje inaugural del Great Eastern desde Southampton a Nueva York en junio de 1860. El hijo de Scott Russell, Norman, se quedó con Holley en su casa de Brooklyn; Norman también viajó en el viaje inaugural, un viaje que John Scott Russell no hizo.

Su hijo, Norman, siguió los pasos de su padre y se convirtió en arquitecto naval, contribuyendo a la Institución de Arquitectos Navales que su padre había fundado. ^[6]

Durante su estancia en Edimburgo experimentó con máquinas de vapor, utilizando una caldera cuadrada para la que desarrolló un método de mantener la superficie de la caldera que se convirtió en universal. Se formó la Scottish Steam Carriage Company , que producía un vagón de vapor con dos cilindros que desarrollaban 12 caballos de fuerza cada uno. Se construyeron seis en 1834, bien amortiguados y equipados con un alto nivel de calidad, que a partir de marzo de 1834 funcionaron entre George Square de Glasgow y el Hotel Tontine en Paisley a intervalos de una hora a 15 mph. Los administradores de la carretera objetaron que desgastaba la carretera y colocaba varios obstáculos de troncos y piedras en la misma, lo que en realidad causaba más incomodidad para los carruajes tirados por caballos. Pero en julio de 1834 uno de los carruajes volcó y la caldera se rompió, lo que provocó la muerte de varios pasajeros. Dos de los carruajes fueron enviados a Londres, donde circularon durante un corto tiempo entre Londres y Greenwich. ^{[7] [8]}

En 1834, mientras realizaba experimentos para determinar el diseño más eficiente de los barcos para canales, descubrió un fenómeno que describió como la onda de traslación . En dinámica de fluidos, la onda se denomina ahora onda solitaria de Russell . El descubrimiento se describe aquí con sus propias palabras: ^{[9] [10]}

Estaba observando el movimiento de un bote que avanzaba rápidamente por un estrecho canal tirado por un par de caballos, cuando el bote se detuvo de repente; no así la masa de agua que había puesto en movimiento en el canal; se acumuló alrededor de la proa del barco en un estado de violenta agitación, luego, de repente, lo dejó atrás y se desplazó hacia adelante con gran velocidad, tomando la forma de una gran elevación solitaria, un montón de agua redondeado, liso y bien definido, que continuó su curso a lo largo del canal aparentemente sin cambiar de forma ni disminuir su velocidad. Lo seguí a caballo y lo alcancé mientras seguía avanzando a una velocidad de unas ocho o nueve millas por hora [14 km/h], conservando su figura original de unos treinta pies [9 m] de largo y un pie a un pie y medio [30-45 cm] de altura. Su altura disminuyó gradualmente y después de una persecución de una o dos millas [2-3 km] lo perdí en los recodos del canal. Tal fue, en el mes de agosto de 1834, mi primer encuentro casual con ese fenómeno singular y hermoso que he llamado la Ola de la Traducción.

El fenómeno de las ondas solitarias había sido reportado previamente en 1826 por Giorgio Bidone en Turín , ^{[11] [12] [13]} pero el trabajo de Bidone parece haber pasado desapercibido para los investigadores en los Países Bajos y Gran Bretaña, a pesar de ser mencionado en el Edinburgh Journal of Science en el mismo año. ^[14]

Scott Russell dedicó algún tiempo a realizar investigaciones prácticas y teóricas sobre estas ondas. Construyó tanques de olas en su casa y observó algunas propiedades clave:

• Las ondas son estables y pueden viajar a lo largo de distancias muy grandes (las ondas normales tenderían a aplanarse o a empinarse y volcarse).
• La velocidad depende del tamaño de la ola y su ancho de la profundidad del agua.
• A diferencia de las ondas normales, nunca se fusionarán, por lo que una onda pequeña es superada por una grande, en lugar de que las dos se combinen.
• Si una ola es demasiado grande para la profundidad del agua, se divide en dos, una grande y otra pequeña.

El trabajo experimental de Scott Russell parecía contrastar con las teorías de la hidrodinámica de Isaac Newton y Daniel Bernoulli . George Biddell Airy y George Gabriel Stokes tuvieron dificultades para aceptar las observaciones experimentales de Scott Russell porque no podían explicarse con las teorías existentes sobre las ondas de agua. Henry Bazin informó observaciones adicionales en 1862 después de los experimentos realizados en el canal de Bourgogne en Francia. ^[15] En 1863, Bazin escribió un artículo de investigación titulado Recherches hydrauliques entreprises par MH Darcy (en español: Investigaciones hidráulicas realizadas por MH Darcy ) que incluía el trabajo de Scott Russell. ^[16]

Una traducción holandesa de la obra de Bazin titulada Verslag aan de Fransche academie van wetenschappen over het gedeelte der verhandeling van Bazin, betrekkelijk de opstuwingen en de voortbeweging der golven (inglés: Informe a la Academia Francesa de Ciencias sobre la parte del tratado de Bazin relativa a las oleadas y la propagación de ondas ) apareció en las actas del Koninklijk Instituut van Ingenieurs holandés (inglés: Royal Institute of Engineers ) en 1869. En el artículo original francés y en la obra traducida, la velocidad de una onda solitaria se da como:

${\displaystyle c={\sqrt {g(h+z)}}}$

La fórmula se denomina "la ley de Scott Russell" dentro del texto. ^[17] Sus contemporáneos pasaron algún tiempo intentando ampliar la teoría, pero habría que esperar hasta la década de 1870 antes de que se proporcionara una explicación.

Lord Rayleigh publicó un artículo en Philosophical Magazine en 1876 para apoyar la observación experimental de John Scott Russell con su teoría matemática. ^[18] En su artículo de 1876, Lord Rayleigh mencionó el nombre de Scott Russell y también admitió que el primer tratamiento teórico fue realizado por Joseph Valentin Boussinesq en 1871; Boussinesq había mencionado el nombre de Scott Russell en su artículo de 1871. ^[19] Por lo tanto, las observaciones de Scott Russell sobre las ondas solitarias fueron aceptadas como verdaderas por algunos científicos prominentes durante su propia vida.

Korteweg y de Vries no mencionaron en absoluto el nombre de John Scott Russell en su artículo de 1895, pero sí citaron el artículo de Boussinesq en 1871 y el de Lord Rayleigh en 1876. Aunque el artículo de Korteweg y de Vries en 1895 no fue el primer tratamiento teórico de este tema, fue un hito muy importante en la historia del desarrollo de la teoría de los solitones . ^[20]

No fue hasta la década de 1960 y la llegada de las computadoras modernas que comenzó a entenderse la importancia del descubrimiento de Scott Russell en la física , la electrónica , la biología y, especialmente, la fibra óptica , lo que condujo a la teoría general moderna de los solitones. ^[21]

Obsérvese que los solitones, por definición, no se alteran en forma ni en velocidad tras una colisión con otros solitones. ^[22] Por lo tanto, las ondas solitarias en una superficie de agua no son solitones: después de la interacción de dos ondas solitarias (que chocan o se alcanzan), han cambiado ligeramente en amplitud y queda un residuo oscilatorio. ^[23]

Una vez que Russell tuvo la capacidad de observar barcos a velocidades sin precedentes en la vanguardia de su ola de traslación, abordó la cuestión más fundamental para el diseño de barcos: encontrar la forma del casco que ofrezca la menor resistencia. Según él, esto tenía que ver con mover la masa de agua de manera eficiente fuera del camino del casco y luego volver a llenar el espacio después de que haya pasado. Mediante mediciones cuidadosas con dinamómetros, validó su teoría de que una onda sinusoidal en ángulo produce la forma ideal.

Inicialmente pensó que la popa podría ser un espejo de la roda , pero pronto se dio cuenta de que el agua al removerse producía algo más parecido a las olas convencionales que sus olas solitarias y terminó con una popa redondeada con forma de catenaria .

Sus estudios produjeron una revolución en el diseño de cascos para buques mercantes y de marina. La mayoría de los barcos de la época tenían proas redondeadas para optimizar la capacidad de transporte de carga, pero a partir de la década de 1840, los " barcos clipper extremos " comenzaron a mostrar proas cóncavas, al igual que los barcos de vapor, culminando con el Great Eastern . Después de que sus puntos de vista fueran propuestos por el comandante Fishbourne, ^[24] el arquitecto naval estadounidense John W. Griffiths reconoció la fuerza del trabajo de Russell en su Tratado sobre arquitectura marina y naval de 1850 ^[25], aunque se mostró reacio a reconocer una deuda con Russell.

Scott Russell realizó una de las primeras observaciones experimentales ^[26] del efecto Doppler que publicó en 1848. Christian Doppler publicó su teoría en 1842.

Gran parte del trabajo experimental inicial de Russell se llevó a cabo bajo los auspicios de la Asociación Británica y a lo largo de su vida contribuyó a las asociaciones científicas y profesionales que estaban adquiriendo mayor importancia en esa época.

En 1844, el auge del ferrocarril estaba en su apogeo. Russell había contribuido con un artículo sobre la máquina de vapor y la navegación a vapor para la séptima edición de la Encyclopædia Britannica en 1841, que también apareció en forma de libro. ^[27] Charles Wentworth Dilke le ofreció el puesto de editor de un nuevo periódico semanal, el Railway Chronicle en Londres y la familia Russell pronto se encontró en un pequeño apartamento de dos habitaciones en Westminster . Al año siguiente también se convirtió en el secretario del comité creado por la Royal Society of Arts para organizar una exposición nacional, que les proporcionó una casa en el Strand . Russell pronto presentó a Henry Cole al comité y cuando, unas semanas antes de la primera exposición en 1847, no hubo expositores, Russell y Cole pasaron tres días enteros viajando por Londres para reclutar fabricantes y comerciantes. Esta y dos exposiciones posteriores tuvieron tal éxito que se planeó una versión internacional para 1851. Para entonces, Russell había comenzado de nuevo con la construcción naval, pues el auge ferroviario había terminado, y aunque se convirtió en el secretario designado de la RSA para la Gran Exposición , Henry Cole ya estaba a la cabeza en ese momento, y acabó recibiendo solo una medalla de oro como recompensa por mucho trabajo.

Russell se convirtió en miembro de la Institución de Ingenieros Civiles en 1847, asistiendo regularmente y haciendo contribuciones frecuentes, fue elegido miembro de su consejo en 1857 y se convirtió en vicepresidente en 1862. Sin embargo, se vio involucrado en una disputa financiera con Sir William Armstrong y no se convirtió en presidente. Pero "como orador, y particularmente como orador de sobremesa, tenía pocos iguales". ^[28] Fue elegido miembro de la Royal Society en 1849, aunque contribuyó menos.

En 1860, en una reunión en su casa de Sydenham, se creó la Institución de Arquitectos Navales , con Russell como uno de los vicepresidentes profesionales. ^[29] Asistió a la mayoría de las reuniones y rara vez dejó de hacer comentarios. ^[30] En 1864 publicó un enorme tratado de tres volúmenes sobre El sistema moderno de arquitectura naval , que exponía los perfiles de muchos de los nuevos barcos que se estaban construyendo.

Su obituario decía sobre la arquitectura naval:

"Se puede decir que al comenzar su carrera descubrió que era la más empírica de las artes y la dejó como una de las ciencias de ingeniería más exactas. A este gran resultado contribuyeron en gran medida muchos otros además de él; pero sus investigaciones personales y las teorías que dedujo de ellas dieron el primer impulso a la arquitectura naval científica". ^[28]

Desde alrededor de 1838, Scott Russell trabajó en el pequeño astillero Greenock de Thomson and Spiers, donde introdujo su sistema de línea de ondas en una serie de barcos del Royal Mail , junto con muchas otras innovaciones. Después de que el astillero fuera adquirido por Caird , decidió mudarse a Londres y en 1848 compró la empresa de construcción naval Millwall Iron Works . Construyó dos barcos para Brunel para la ruta a Australia, del mismo tamaño que el SS Great Britain de Brunel , el Adelaide y el Victoria . Los problemas con el reabastecimiento de combustible y el agua llevaron a Brunel a pensar en barcos más grandes para este viaje, pero se construyeron cinco más de la misma clase. ^[31]

Antes de que empezaran a trabajar juntos, Isambard Kingdom Brunel lo tenía en alta estima y lo convirtió en socio en su proyecto de construir el Great Eastern . ^[32] Aunque la concepción original, la construcción celular y el uso conjunto de palas y hélices fueron ideas de Brunel, "el barco incorpora la forma de línea de onda, el sistema longitudinal de construcción, los mamparos completos y parciales y otros detalles de construcción que eran peculiarmente de Scott Russell". ^[28] El proyecto estuvo plagado de una serie de problemas: Scott Russell hizo una oferta demasiado baja con el resultado de que se declaró en quiebra a mitad de camino, aunque se recuperó para terminar el trabajo; pero fue Brunel quien insistió en un lanzamiento lateral en lugar del dique seco que Russell prefería. ^[33] El Great Eastern finalmente se lanzó en 1858. Scott Russell era mejor científico que hombre de negocios y su reputación nunca se recuperó por completo de sus irregularidades financieras, su grave negligencia en el cumplimiento de sus deberes y sus disputas. Como escribe el teniente coronel Rolt en su biografía de Brunel: "Que Russell había engañado a Brunel y traicionado su confianza se estaba volviendo cada día más y más evidente". ^[34]

Durante la década de 1850, abogó en la Armada por la construcción de buques de guerra de hierro y algunos dicen que el primer diseño, el HMS  Warrior ^{, fue un "buque Russell". [35] [36]} Posteriormente se quejó del secretismo que impedía una discusión abierta de los temas, criticando a aquellos dentro de la Armada que argumentaban que los buques de hierro no podían protegerse. ^{[37] [38]}

En una época en la que todos los transbordadores de tren anteriores eran buques fluviales, en 1868 Scott Russell diseñó un transbordador de tren para el servicio en el lago de Constanza , el Bodensee Trajekt , que entró en servicio en 1869. Este fue el primer transbordador de tren del mundo que cruzó el lago. El Bodensee Trajekt tenía que cumplir el requisito inusual de que su calado no superara los seis pies (1,85 m). Lo logró utilizando la superestructura para soportar las tensiones del tren. (No fue hasta 1892 que entró en servicio el primer transbordador de tren que cruzó el lago Michigan , el Ann Arbor No. 1 , diseñado por Frank E. Kirby ). Scott Russell utilizó el diseño del Bodensee Trajekt como base de un transbordador que cruzara el canal de la Mancha que pudiera manejar el puerto poco profundo de Dover, pero esto no se hizo realidad hasta 1933. ^{[39] [40] [41] [42]}

Aunque su diseño para la Gran Exposición fue superado por el de Joseph Paxton , Scott Russell diseñó la Rotonda para la Exposición de Viena de 1873. Con 108 metros (354 pies) de diámetro, fue durante casi un siglo la cúpula más grande del mundo, sin ataduras que obstruyeran la vista. Algunos lo consideran su mayor logro de ingeniería estructural. ^[43]

En 1838, la Royal Society de Edimburgo le concedió la medalla de oro Keith por su artículo "Sobre las leyes por las que el agua opone resistencia al movimiento de los cuerpos flotantes". Fue elegido miembro de la Royal Society en junio de 1849 por sus memorias sobre "La gran ola solitaria de primer orden, o la ola de traslación", publicadas en las Transacciones de la Royal Society de Edimburgo, y por varias memorias en los Informes de la Asociación Británica . ^[44]

En 1995, el acueducto que lleva el Union Canal (el mismo canal donde observó su Ola de Traslación) sobre la circunvalación de Edimburgo (A720) recibió el nombre de Acueducto Scott Russell en su memoria. También en 1995, el efecto solitón hidrodinámico se reprodujo cerca del lugar donde John Scott Russell observó solitones hidrodinámicos en 1834.

Un edificio de la Universidad Heriot-Watt lleva su nombre.

En 2019 fue incluido en el Salón de la Fama de la Ingeniería Escocesa ^[45]

Su artículo de 1844 se ha convertido en un artículo clásico y se cita con bastante frecuencia en artículos o libros relacionados con los solitones incluso después de más de ciento cincuenta años.

• Russell, J. Scott (1845). "Informe sobre las ondas". Informe de la decimocuarta reunión de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, York, septiembre de 1844 (PDF) . Londres: John Murray. 311–390, Láminas XLVII–LVII.
• Russell, J. Scott (1864). El sistema moderno de arquitectura naval . Londres: Day and Son. OCLC  80429969.
• Russell, J. Scott (1885). La ola de traducción en los océanos de agua, aire y éter. Londres: Trübner & Co. OCLC  39005948.

• Ainger, Michael (2002). Gilbert y Sullivan: una biografía dual . Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-514769-3.
• Darrigol, Olivier (2005). Mundos de flujo: una historia de la hidrodinámica desde Bernoulli hasta Prandtl . Oxford University Press. ISBN 0-19-856843-6.Incluye una discusión sobre el descubrimiento de los solitones.
• Emmerson, George S. (1977). John Scott Russell: un gran ingeniero y arquitecto naval victoriano . John Murray . ISBN 0-7195-3393-7.
• "Obituario de John Scott Russell". The Times . Archivado desde el original el 25 de mayo de 2011.

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• John Scott Russell y la ola solitaria