Кіріспе
Шотландтық инженер-механик Уильям Джон Маккуорн Ранкин (William John Macquorn Rankine; 5 шілде 1820 - 24 желтоқсан 1872) – шотландтық математик және физик. Ол Рудольф Клаузиус және Уильям Томсонмен (Лорд Кельвин) бірге термодинамика ғылымын қалыптастыруға үлкен үлес қосты, әсіресе оның бірінші заңына ерекше назар аударды. Ранкин температураның Цельсийге негізделген Кельвин шкаласына балама, Фаренгейт шкаласына негізделген Ранкин шкаласын әзірледі. Ранкин бу машинасының және жалпы жылу машиналарының толық теориясын жасады. Оның инженерлік ғылым мен тәжірибеге арналған оқулықтары 1850 және 1860 жылдары жарық көргеннен кейін көптеген жылдар бойы қолданылып келді. 1840 жылдан бастап ғылым мен техникалық салалар бойынша жүздеген мақалалар мен ескертпелер жариялады. Оның қызығушылықтары өте кең болды: жастық шағында ботаника, музыка теориясы және сандар теориясы, ал ересек кезінде ғылымның көптеген салалары, математика және инженериямен айналысты. Ол әзіл-қалжың әндерін шығарған, әуесқой әнші, пианист және виолончельші болды.
William John Macquorn Rankine ('/r//æ//ŋ//k//ɪ//n/; 5 July 1820 – 24 December 1872) was a Scottish mathematician and physicist. He was a founding contributor, with Rudolf Clausius and William Thomson (Lord Kelvin), to the science of thermodynamics, particularly focusing on its First Law. He developed the Rankine scale, a Fahrenheit based equivalent to the Celsius based Kelvin scale of temperature. Rankine developed a complete theory of the steam engine and indeed of all heat engines. His manuals of engineering science and practice were used for many decades after their publication in the 1850s and 1860s. He published several hundred papers and notes on science and engineering topics, from 1840 onwards, and his interests were extremely varied, including, in his youth, botany, music theory and number theory, and, in his mature years, most major branches of science, mathematics and engineering. He was an enthusiastic amateur singer, pianist and cellist who composed his own humorous songs.
Өмір
Ранкин Эдинбургте әскери тәжірибесі бар инженер-құрылысшы, кейіннен Эдинбург және Далкит теміржолында (жергілікті түрде Innocent Railway деп аталады) жұмыс істеген лейтенант Дэвид Ранкиннің баласы болып дүниеге келді. Оның анасы Барбара Грэм, көрнекті заңгерлік және банкирлік отбасынан шыққан. Әкесі Шотландияда түрлі жобалармен көшіп-қонып жүрді және отбасы онымен бірге көшті. Уильям бастапқыда үйде оқыды, бірақ кейіннен Айр академиясына (1828–29 жж.) және одан кейін Глазго жоғары мектебіне (1830 жж.) қабылданды. 1830 жылы отбасы әкесі Эдинбургтен Далкейтке дейінгі теміржолдың менеджері болып тағайындалғаннан кейін Эдинбургке көшіп келді. Отбасы сол кезде 2 Arniston Place мекенжайында тұрды. 1834 жылы ол Эдинбургтегі Лотиан жолындағы Шотландия әскери-теңіз академиясына математик Джордж Лимен бірге жіберілді. Сол жылы Уильям математикадан жоғары білім алып, әкесінен сыйлық ретінде Исаак Ньютонның 1687 жылғы "Principia" еңбегін түпнұсқа латын тілінде алды. 1836 жылы Ранкин Эдинбург университетінде Роберт Джеймсонның табиғаттануы және Джеймс Дэвид Форбстың табиғи философиясы сияқты ғылыми тақырыптарды зерттей бастады. Форбстың бағынында ол физикалық зерттеу әдістері және жарықтың толқындық теориясы туралы эсселері үшін жүлделер алды. Демалыс күндері ол 1830 жылдан бастап Эдинбург және Далкейт теміржолының менеджері, кейіннен қазынашысы және инженері болған әкесіне көмектесті, бұл өсіп келе жатқан қалаға көмір жеткізді. Ол 1838 жылы Эдинбург университетін бітірмей (ол кезде бұл жиі кездесетін жағдай еді) қалды және, мүмкін, отбасының қаржылық қиындықтарына байланысты, сол кезде Ирландия теміржол комиссиясының геодезисі болған сэр Джон Бенджамин Макниллдің шәкірті болды. Оқу кезінде ол теміржол қисықтарын салу үшін, теодолитті толыққанды пайдалану арқылы және қолданыстағы әдістерге қарағанда дәлдігі мен өнімділігін жақсарту арқылы кейіннен Ранкин әдісі деп аталған әдісті әзірледі. Шындығында, бұл әдіс сол кезде басқа инженерлердің де қолданысында болды, ал 1860 жылдары Ранкиннің басымдығы туралы шағын дау туды. 1842 жылы Ранкин жылу құбылысын математикалық формаға келтіруге алғашқы әрекет жасады, бірақ тәжірибелік деректердің жетіспеуі оны тоқтатты. Сол жылы королева Виктория Шотландияға келген кезде ол Артур тауында үлкен отты ұйымдастырды, отын астында ауа өткізгіштермен салынды. От Шотландия бойынша тізбектей жағылған басқа оттарды бастау үшін маяк қызметін атқарды. 1850 жылы ол Эдинбург Корольдік қоғамының мүшесі болып сайланды, ұсынушысы профессор Джеймс Дэвид Форбс болды. Ол 1851–53 жылдар аралығында қоғамның Кит сыйлығын жеңіп алды. 1871–1872 жылдары қоғамның вице-президенті болып қызмет етті. Ол үйленбеген және балалары жоқ еді. Оның өлімін оның ағасы Алекс Грэм (оның қайтыс болған анасының күйеуінің інісі) тіркеді.
Шаршауды зерттеу
Ранкин теміржол дөңгелек осьтерінің сыну себебінің шаршау екенін, яғни жарықтардың пайда болуы мен өсуіне байланысты екенін бірінші болып мойындаған инженерлердің бірі болды. 1840 жылдардың басында ол көптеген сынған осьтерді зерттеді, әсіресе 1842 жылы Версальдегі пойыз апатынан кейін, онда локомотивтің осьі күрт жұлынды және 50-ден астам жолаушының қазасына әкелді. Ол осьтердің иық немесе ось бойындағы кернеу шоғырлануы сияқты нүктелерден басталатын жарықтың біртіндеп өсуінен бұзылғанын көрсетті. Джозеф Глинннің сынған осьтерді ұқсас тікелей талдауы оны қолдады, онда осьтер металл шаршауы деп аталатын процесте жарықтың баяу өсуінен бұзылды. Версальдегі апатқа қатысқан локомотивтердің бірінің алдыңғы осьі де осылайша жұлынған болуы мүмкін. Ранкин өз қорытындыларын Құрылыс инженерлері институтына ұсынған баяндамасында жариялады. Алайда, көптеген инженерлер оның жұмысын елемеді, олар кернеудің металлдың "қайта кристалдануына" әкелуі мүмкін деп сенді, бұл миф бүгінгі күнге дейін сақталған. Қайта кристалдану теориясы мүлдем дұрыс емес еді және Уильям Фейрберннің бірнеше жылдан кейінгі жұмысына дейін пайдалы зерттеулерді тежеді, ол үлкен сәуірлерде қайталама иілудің әлсірететін әсерін көрсетті. Дегенмен, шаршау қауіпті және жақсы түсініксіз құбылыс болып қала берді және теміржолдардағы және басқа да көптеген апаттардың түпкі себебіне айналды. Бұл әлі де маңызды проблема, бірақ қазір оны жақсы түсінеміз, сондықтан мұқият жобалау арқылы оның алдын алуға болады.
Басқа жұмыстар
Ранкин 1855 жылдың қарашасынан 1872 жылдың желтоқсанына дейін Глазго университетінде азаматтық инженерия және механика кафедрасының профессоры қызметін атқарды, азаматтық және механикалық инженерия салаларында түрлі зерттеулер жүргізді. Ранкин Глазго университеті офицерлік дайындық корпусының алдасты – 2-ші Ланаркшир мылтық ерікті корпусының 1859 жылдың шілдесінде құрылуына зор үлес қосты, ол 1860 жылы 2-ші батальонның 1-ші Ланаркшир мылтық ерікті корпусының бірінші ротасы құрылғаннан кейін майор болды; ол 1864 жылға дейін қызмет етті, содан кейін жұмыстың көп көлемі, оның ішінде кеме құрылысымен байланысты жұмыстардың көп болуына байланысты отставкаға шықты.
Кемелік сәулет
Ранкин Клайдтың кеме жасаушыларымен, әсіресе оның досы және өмір бойы серігі болған Джеймс Роберт Нейпирмен тығыз жұмыс істеді, теңіз архитектурасын инженерлік ғылымға айналдыруға атсалысты. Ол 1857 жылы Шотландиядағы Инженерлер мен кеме жасаушылар институтының негіздеуші мүшесі және алғашқы президенті болды. Ранкин 1860 жылы құрылған Корольдік теңіз сәулетшілері институтының ерте мүшесі болды және оның көптеген жылдық мәжілістеріне қатысты. Уильям Томсон және басқалармен бірге Ранкин HMS «Капитан» кемесінің даулы апатқа ұшуын зерттеу комиссиясының құрамында болды.