Готтильф Гаген: Неміс инженері және гидродинамикаға қосқан үлесі

Кіріспе

Неміс физигі Готтильф Генрих Людвиг Хаген (3 наурыз 1797 – 3 ақпан 1884) – сұйық динамикасы, гидравликалық инженерия және ықтималдықтар теориясына маңызды үлес қоскан неміс азаматтық инженер.

Өмір және жұмыс

Хаген Шығыс Пруссияның Кенигсберг қаласында (Калининград, Ресей) Фридрих Людвиг Хаген мен Хелен Шарлотта Альбертин Хагеннің отбасында дүниеге келген. Оның әкесі мемлекеттік қызметкер, ал анасы Кенигсберг университетінің теология профессоры, консистория кеңесшісі және астроном Кристиан Рекардтың қызы болды. Ол жоғары мектепте математикада үміт білдірді және Кенигсберг университетінде оқыды, онда оның ағасы Карл Готтфрид Хаген физика және химия профессоры болды. Бірақ 1818 жылы теориялық ғылымнан гөрі қолданбалы ғылымға қызығушылық танытып, азаматтық инженерия мамандығын таңдады. Алайда ол Бессельмен өмір бойы тығыз қарым-қатынаста болды. 1819 жылы жер өлшеушілер емтиханын тапсырды және бітіргеннен кейін мемлекеттік қызметте кіші инженер (баукондуктор) болып жұмысқа орналасты. Оның негізгі жауапкершілігі гидротехника және су шаруашылығы болды. 1822 жылы Берлинде шебер-құрылысшы (баумейстер) болу үшін мемлекеттік емтихан тапсырды. Ол Еуропаға саяхаттаған кезде көрген түрлі гидравликалық құрылыстар туралы жарияланымдары арқылы танымал болды. 1824 жылы Кенигсбергтегі сауда қауымдастығының құрылыс директоры (баукондуктор) болып тағайындалды, ал 1825 жылы Данциг (Гданьск) үшін мемлекеттік құрылыс офицерінің орынбасары (stellvertretender Regierungs- und Baurat) болды. Бір жылдан кейін ол Пиллаудағы порт құрылысын бақылаушы (Hafenbauinspektor) болып ауысты, онда ол порт пен дамба құрылысына жауапты болды. 1827 жылы 27 сәуірде ол өзінің немересі Огюст Хагенге (1806–1884) үйленді, олармен екі қыз және бес ұл болды. Бұл идея 1837 жылы жарық көрген «Дала өлшеу операцияларына қатысты ықтималдық есептеуінің негіздері» («Grundzüge der Wahrscheinlichkeitsrechnung mit besonderer Anwendung auf die Operationen der Feldmeßkunst») атты кітабында одан әрі дамытылды, ол құрылыс және жер өлшеуге ықтималдық теориясы мен ең кіші квадраттар әдістерін қолданды және кері ықтималдық аргументтерге негізделмеген қателік заңын шығарды. Хаген түтіктің қысымның төмендеуі (ΔP) мен радиусы (R) арасындағы ΔP ∝ 1/R−4.12 сәйкес келетін эмпирикалық қуат заңына байланысты байланысты байқады, бірақ мүмкін өлшеу қателерін ескере отырып, 4.0 мәнін қабылдауға кеңес берді. Бұл байланысты француз физигі және физиологы Жан Пуассейль дер кезінде өз бетінше анықтаған, сондықтан ол қазір Хаген–Пуассейль теңдеуі немесе Пуассейль заңы деп аталады. 1849 жылы ол Франкфурт Ұлттық Ассамблеясының сарапшы кеңесшісі (Sachverständiger) болып тағайындалды, ал 1850 жылы Пруссияның сауда министрлігінде сарапшы кеңесші (Vortragender Rat) болып тағайындалды. 1852 жылы Хаген түйіршікті материалдың екі негізгі аспектісін сипаттаған және түсіндірген маңызды мақала жариялады: жалпы алғанда Янсен эффектісі деп аталатын тығыз статикалық түйіршікті жүйедегі тереңдікпен қысымның қанығушылығы; және ыдыстан түйіршікті ағыстың динамикасы – кейде Беверлу заңы деп аталады – құм сағаты теориясының негізі. Хаген көптеген неміс өзендері мен порттарын дамытуды жоспарлауда шешуші рөл атқарды. Пруссия әмірлігі оны 1855 жылы Вильгельмсхавеннің жоспарлауын қадағалауға тағайындады. Хаген сауда министрлігіндегі лауазымынан босап, Джейд-Байт портын салу жөніндегі комиссияның төрағасы болды. Халықаралық деңгейде танымал екі сарапшының жобаларын қабылдамағаннан кейін, ол 1856 жылы 29 мамырда Пруссия әмірлігіне өзінің жеке жобасын ұсынды. Бұл порттың дизайны Пруссия әмірлігінің талаптарына сай келді, бірақ кейіннен кеңейтулер мен толықтыруларға мүмкіндік берді. Жоба 1856 жылы 25 маусымда кабинет бұйрығымен бекітілді. Жоспарлау жұмыстары аяқталғаннан кейін ол 1856 жылы 12 тамызда Пруссияның сауда министрлігіне оралды. Жоспардың іске асырылуы келесі он жылда жүзеге асырылды, және көптеген өзгерістерге қарамастан, қала орталығының қазіргі орналасуын анықтайды. 1863 жылы Хаген гидротехникалық инженерия бойынша энциклопедиялық нұсқаулық жариялады. Бұл жағалау қорғау саласындағы соңғы жетістіктерді көрсетті және ондаған жылдар бойы Германиядағы жағалау инженериясы бойынша нұсқаулық ретінде қызмет етті. 1866 жылы Хаген гидротехникалық инженерия бөлімінің бас директоры (Oberbaudirektor) және сауда министрлігіндегі қоғамдық жұмыстар бөлімінің төрағасы (Vorsitzender) болып тағайындалды (Baudeputation). 1869 жылы ол аға мемлекеттік құрылыс директоры (Oberlandesbaudirektor) болып тағайындалды. Бұл лауазым Пруссия және басқа неміс мемлекеттеріндегі ірі су және порттық құрылыстарға жауапкершілікті қамтыды. Ол 1875 жылы зейнетке шыққанға дейін осы лауазымды атқарды. 1872 жылы ол іссапарда апатқа ұшырап, кейіннен жүре алмады. Хаген 1884 жылы қайтыс болды, оның қабірі Берлиндегі Инвалиденфридхофқа, Шарнхорстштрассеге, бас теміржол станциясының жанында орналасқан.

Hagen was born in Königsberg, East Prussia (Kaliningrad, Russia) to Friedrich Ludwig Hagen and Helene Charlotte Albertine Hagen. His father was a government official and his mother was the daughter of Christian Reccard, professor of Theology at University of Königsberg, consistorial councillor and astronomer. He showed promise in mathematics in high school and he went on to study at the University of Königsberg where his uncle, Karl Gottfried Hagen was professor of physics and chemistry. but in 1818 he switched to study civil engineering as he was more attracted to applied than theoretical science. Nevertheless, he remained in close contact with Bessel throughout his life. In 1819 he undertook the examination for surveyors (Landvermesserprüfung) and after graduating took a job as a junior engineer (Baukondukteur) in the civil service. His main responsibility was for hydraulic engineering and water management. In 1822 he took the state examination in Berlin to qualify as a master builder (Baumeister). He became known through his publications about various hydraulic constructions which he had visited during travels in Europe. In 1824 he was appointed director of building (Baukondukteur) by the mercantile community in Königsberg and in 1825 he became deputy governmental building officer (stellvertretender Regierungs und Baurat) for Danzig (Gdańsk). A year later he transferred to become harbor building inspector (Hafenbauinspektor) in Pillau, where he was responsible for the harbor and dyke construction. On 27 April 1827 he married his niece Auguste Hagen (1806–1884), with whom he had two daughters and five sons. This idea was further developed in a book published in 1837 Grundzüge der Wahrscheinlichkeitsrechnung mit besonderer Anwendung auf die Operationen der Feldmeßkunst (“Foundations of Probability Calculus with Special Application to the Operations of Land Surveying”) which applied probability theory and least squares techniques to construction and surveying and deduced an error law that was not based on inverse probability arguments. Hagen observed an empirical power law relationship between the pressure drop (ΔP) and radius (R) of a tube corresponding to ΔP ∝ 1/R−4.12, but suggested in view of possible measurement errors that a value of 4.0 be assumed. This relationship was also discovered independently at around the same time by the French physicist and physiologist Jean Poiseuille
and is therefore now known as the Hagen–Poiseuille equation or Poiseuille's law. In 1849 he was appointed as an expert adviser (Sachverständiger) to the Frankfurt National Assembly and in 1850 was appointed expert councillor (Vortragenden Rat) in the Prussian Ministry of Commerce. In 1852 Hagen published a notable paper that described and explained two fundamental aspects of granular material: saturation of pressure with depth in a confined static granular system generally known as the Janssen effect; and the dynamics of granular flow out of a container – sometimes called the Beverloo law the foundation of the hourglass theory. Hagen played a decisive role in planning the development of numerous German rivers and harbors. The Prussian Admiralty appointed him to supervise the planning of Wilhelmshaven in 1855. Hagen took leave from his post in the Ministry of Trade and became chair of the Commission for the port construction in the Jade Bight. After rejecting the designs of two internationally known experts, he proposed his own design to the Prussian Admiralty on 29 May 1856. This port design met the requirements of the Prussian Admiralty but also allowed for later expansions and additions. The design was approved by cabinet order on 25 June 1856. After completion of the planning, he returned to the Prussian Ministry of Trade on 12 August 1856. The implementation of the plan was carried out in the following decade, and despite many changes, still determines the current layout of the town center. In 1863 Hagen published his encyclopaedic manual on hydraulic engineering. This represented the state of the art for coastal protection and served for decades as the guideline for coastal engineering in Germany. In 1866 Hagen was promoted to chief director (Oberbaudirektor) in the Department of Hydraulic Engineering and chair (Vorsitzenden) of the section of public works in the Ministry of Trade (Baudeputation). In 1869 he was made senior national building director (Oberlandesbaudirektor). This role involved responsibility for large water and harbor works in Prussia and other German States. He held this post until his retirement in 1875. In 1872 suffered an accident on a business trip and was unable to walk in the subsequent period. Hagen died in 1884, his tomb is located on the Invalidenfriedhof Berlin, Scharnhorststraße near the main railway station.