Osborne Reynolds FRS (23 de agosto de 1842 – 21 de febrero de 1912) fue un innovador británico [1] [2] [3] nacido en Irlanda [4] en la comprensión de la dinámica de fluidos . Por otra parte, sus estudios de transferencia de calor entre sólidos y fluidos aportaron mejoras en el diseño de calderas y condensadores. Pasó toda su carrera en lo que hoy es la Universidad de Manchester .
Osborne Reynolds nació en Belfast y poco después se mudó con sus padres a Dedham, Essex . [5] Su padre, el reverendo Osborne Reynolds, era miembro del Queens' College de Cambridge y trabajaba como director de escuela y clérigo, pero también era un matemático muy capaz con un gran interés por la mecánica. El padre obtuvo varias patentes para mejoras en equipos agrícolas y su hijo le atribuye el mérito de haber sido su principal profesor cuando era niño. Reynolds mostró una temprana aptitud y gusto por el estudio de la mecánica. Al final de su adolescencia, durante el año anterior a su ingreso a la universidad, fue a trabajar como aprendiz en el taller de Edward Hayes, un conocido constructor de barcos en Stony Stratford , donde obtuvo experiencia práctica en la fabricación y equipamiento de barcos de vapor costeros (y así adquirió una temprana apreciación del valor práctico de comprender la dinámica de fluidos). [6]
Osborne Reynolds asistió al Queens' College de Cambridge y se graduó en 1867 como séptimo ingeniero civil en matemáticas. [7] Había elegido estudiar matemáticas en Cambridge porque, en sus propias palabras en su solicitud de 1868 para la cátedra, "desde mi más temprano recuerdo he tenido un gusto irresistible por la mecánica y las leyes físicas en las que se basa la mecánica como ciencia... mi atención se dirigió a varios fenómenos mecánicos, para cuya explicación descubrí que era esencial un conocimiento de las matemáticas". [8] Durante el año inmediatamente posterior a su graduación en Cambridge, volvió a ocupar un puesto en una empresa de ingeniería civil, Lawson and Mansergh de Londres, como ingeniero civil en ejercicio trabajando con el sistema de transporte de aguas residuales de Londres ( Croydon ). [6]
En 1868 fue nombrado para la recién instituida Cátedra de Ingeniería Civil y Mecánica en el Owens College de Manchester (actualmente la Universidad de Manchester ), [6] convirtiéndose ese año en uno de los primeros profesores en la historia de la universidad del Reino Unido en ostentar el título de "Profesor de Ingeniería". Esta cátedra había sido creada y financiada por un grupo de industriales manufactureros en el área de Manchester, y también tuvieron un papel destacado en la selección de Reynolds, de 25 años, para ocupar el puesto. [8] Reynolds permaneció en el Owens College durante el resto de su carrera; en 1880, la universidad se convirtió en una universidad constituyente de la recién fundada Universidad Victoria . [6]
Reynolds fue elegido miembro de la Royal Society en 1877 y recibió la Medalla Real en 1888. Se retiró en 1905 y murió de gripe el 21 de febrero de 1912 en Watchet , Somerset . [8] [9] Fue enterrado en la Iglesia de San Decuman, Watchet . [9]
Reynolds estudió de manera más famosa las condiciones en las que el flujo de fluido en tuberías pasaba de flujo laminar a flujo turbulento . [6] En 1883, Reynolds demostró la transición al flujo turbulento en un experimento clásico en el que examinó el comportamiento del flujo de agua bajo diferentes velocidades de flujo utilizando un pequeño chorro de agua teñida introducido en el centro del flujo en una tubería más grande.
El tubo más grande era de vidrio, de modo que se podía observar el comportamiento de la capa de flujo teñido, y al final de este tubo había una válvula de control de flujo que se utilizaba para variar la velocidad del agua dentro del tubo. Cuando la velocidad era baja, la capa teñida se mantenía nítida a lo largo de toda la longitud del tubo grande. Cuando la velocidad aumentaba, la capa se rompía en un punto determinado y se difundía por toda la sección transversal del fluido. El punto en el que esto sucedía era el punto de transición del flujo laminar al turbulento.
De estos experimentos surgió el número de Reynolds adimensional para la similitud dinámica (la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas ). Reynolds también propuso lo que ahora se conoce como promedio de Reynolds de flujos turbulentos, donde cantidades como la velocidad se expresan como la suma de los componentes promedio y fluctuante. Este promedio permite una descripción "global" del flujo turbulento, por ejemplo, utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds .
Las contribuciones de Reynolds a la mecánica de fluidos no pasaron inadvertidas para los diseñadores de barcos ("arquitectos navales"). La capacidad de hacer un modelo a pequeña escala de un barco y extraer datos predictivos útiles con respecto a un barco de tamaño real depende directamente de que el experimentalista aplique los principios de turbulencia de Reynolds a los cálculos de la resistencia a la fricción, junto con una aplicación adecuada de las teorías de William Froude sobre la energía y la propagación de las ondas de gravedad. El propio Reynolds publicó varios artículos sobre diseño de barcos en Transactions of the Institution of Naval Architects .
Sus publicaciones sobre dinámica de fluidos comenzaron a principios de la década de 1870. Su modelo teórico final, publicado a mediados de la década de 1890, sigue siendo el marco matemático estándar que se utiliza en la actualidad. Ejemplos de títulos de sus informes más innovadores:
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )Reynolds publicó cerca de setenta informes de investigación científica e ingenieril. Cuando, hacia el final de su carrera, estos fueron reeditados como una colección, llenaron tres volúmenes. Para un catálogo y breves resúmenes de ellos, consulte los enlaces externos. Las áreas cubiertas, además de la dinámica de fluidos, incluyeron la termodinámica, la teoría cinética de los gases, la condensación del vapor, la propulsión de barcos con hélice de tornillo, la propulsión de barcos con turbina, los frenos hidráulicos, la lubricación hidrodinámica [10] y los aparatos de laboratorio para una mejor medición del equivalente mecánico de Joule del calor. Por su trabajo sobre la lubricación , Duncan Dowson lo nombró uno de los 23 "Hombres de la tribología". [11]
Uno de los temas que Reynolds estudió en la década de 1880 fueron las propiedades de los materiales granulares , incluidos los materiales dilatantes . En 1903 apareció su libro de 250 páginas The Sub-Mechanics of the Universe , en el que intentó generalizar la mecánica de los materiales granulares para que fuera "capaz de dar cuenta de toda la evidencia física, tal como la conocemos, en el Universo". Su objetivo parece haber sido construir una teoría del éter, que él consideraba que se encontraba en estado líquido. Las ideas eran extremadamente difíciles de entender o evaluar y, en cualquier caso, fueron superadas por otros avances en la física en la misma época.
El simple hecho de haber nacido en Irlanda no era suficiente para ser incluidos. Por ello, tuvimos que excluir a científicos tan destacados como Osborne Reynolds y Kathleen Lonsdale, que nacieron en Irlanda, pero que, según nos pareció, carecían de raíces irlandesas lo suficientemente fuertes como para ser incluidos.
