Жан-Батист Беланже

Жан-Батист Беланже Jean-Baptiste BÉLANGER (1790-1874) (Jean-Baptiste-Charles-Joseph Bélanger)

(Фото люб’язно надано бібліотекою Національної школи доріг і мостів. Франція)

Жан-Батист Чарльз Джозеф Беланже (4 квітня 1790 - 8 травня 1874), французький математик, працював в області гідравліки і гідродинаміки. Був професором в центральній школі мистецтв і мануфактури (École Centrale des Arts et Manufactures), Політехнічній школі (École Polytechnique) і Національній школі мостів і доріг (École des Ponts et Chaussées) Франції. Його істинним внеском в 1828 році стала розробка рівняння застою для поступового-змінного потоку у відкритих каналах (Bélanger 1828) та застосування імпульсного принципу гідравлічного потоку підскоку в 1838 (Bélanger 1841).

Зміст: Витяг 1.Життя Жана-Батиста Беленже (1790-1874) 2. Гідравлічний підскок 3. Внесок у прикладній механіці Додаток 1. Свідоцтво про народження Жана-Батиста Беланже Додаток 2. Імена 72 вчених, що вказані навколо Єйфелефої вежі в Парижі.

Витяг

У відкритому каналі, перехід від високих швидкостей потоку відкритим каналом до річкового руху потоку - це особливість потоку, що називається гідравлічний підскок. У 1820-х роках Жан-Батист Беланже (1790-1874) працював над методом обрахунку поступово-змінного вікритого каналу потокових властивостей для сталого режиму потоку. Хоча йому це вдалося, його трактат (BELANGER 1828) часом використовують для трактування гідравлічного підскоку, який сьогодні називають рівнянням Беланже. У роботі показано, що Беланже правильно вважав гідравлічний підскок швидкозмінним потоком, проте він використав помилкові на той час базові принципи. Помилка була виправлена через десять років і правильне рішення вперше опубліковано Беланже у 1841. Оригінальні роботи Баланже (1928) дали початок розвитку рівняння припливу для стійких одномірних поступово-змінних потоків у відкритому каналі. Його робота в загальних рисах окреслила фундаментальні припущення і він отримав з імпульсних міркувань рівняння для поступово різних відкритих потоків каналу, яке використовується і зараз, але для моделі опору потоку. У тій же роботі Жан-Батист Беланже ввів два наступні сучасні поняття: метод кроку, відстань розрахована з глибини, і критичні умови потоку. Він зв’язав рівняння критичного потоку з однією із двох особливостей рівняння застою. Його техніка чисельного інтегрування була попереду свого часу, коли не було ні комп'ютерів, ні електронного калькулятора. У 1828 році Жан-Батіст Бланже був молодим інженером-гідротехніком, проте його внесок (BÉLANGER1828) демонструє динамізм практикуючих інженерів в той час. У другій частині своєї кар'єри, Жан-Батист Беланже став відомим академіком провідних французьких інженерних шкіл. Він продовжував працювати у напрямку відкритого каналу гідравліки в тому числі на гідравлічному підскоці (Belanger 1841). Його внесок надзвичайний, він вплинув на інших провідних інженерів-гідравліки, в тому числі Брессе (1860), Дарсі і Базен (1865), Барра де Сен-Венана (1871) і Буссінеска (1877).

1. Життя Жана-Батиста Беленже (1790-1874) Народився в Валансьєн, в північній Франції, 4 квітня 1790 (Арт.: свідоцтво про народження, Парафія Святого Vaast ан Ville, додаток. 1), Жан-Батист Чарльз Джозеф Беланже був сином Чарльза Антуан Еме Джозеф Беланже, майстра-слюсаря, і Жанни Франсуази Джозеф Фоконье. Навчався в Паpизькій політехнічній школі ( Ecole Polytechnique) (1), закінчивши другим у рейтингу, а потім у Школі мостів і доріг (Ecolr des Ponts et Chaussées). Як член інженерного корпусу мостів і доріг (Ingénieur du Corps des Ponts et Chaussées), почав свою інженерну кар’єру в 1816 році в Ла-Реоле. У 1821 року він перейшов працювати на мореплавний канал Сомме і після 1826 - на мореплавний канал Арденес (La Blanche Houille 1960). Саме в цих двох місіях він вивчав, зокрема, гідравліку поступово змінних відкритих потоків каналу. Пізніше Жан-Батист став лектором в Національній колі мистецтва і мануфактури (Ecole des Arts et Manufactures) у період 1834-1864рр (рис.4), в Школі мостів і доріг (Ecole des Ponts et Chaussées) - період з 1841р. до 1855р., та в Школі політехніки (Ecole Polytechnique) – 1851-1860 рр. (CHATZIS 1995). Одним з учнів Беланже у Національній школі був Густав Ейфель (1832-1923), який збудував Ейфелеву вежу і вигравірував ім’я Беланже довкола першого поверху разом з іменами іще 71 науковця (рис.3, Додаток 2). Жан-Батист Беланже пішов у відставку у 1864 (HAGER 2003). Помер видатний науковець 8 травня 1874 року в Нейі-Сюр-Сен (Neuilly-sur-Seine), а його могила сьогодні знаходиться на старому кладовищі в Нейі-Сюр-Сен (Neuilly-sur-Seine) (cimetière ancien, 5ème division).

Рис. 4. Жан-Батист Беланже серед його академічних колег у Центральній школі мистецтв і мануфактури (фото Бібліотеки де l'Ecole Centrale de Pari) – Беланже стоїть в середньому ряду, п'ятий праворуч (з сивим волоссям)

*1 в 1808 (promotion 1808) разом з Густавом Гаспаром Коріолісом (Gustave Gaspard CORIOLIS (1792-1843)) (Journal de l'Ecole Polytechnique 1931)  

2. Гідравлічний підскок Гідравлічний підскок є швидким і раптовим переходом від високих швидкостей потоку надкритичного відкритим канал дj докритичного потоку (рис. 1). Гідравлічні стрибки часто зустрічаються в річках і каналах, в промисловості та у виробничих процесах. Гідравлічний стрибок є особливістю перебігу і розриву. Для горизонтального прямокутний канал і нехтуючи тертям на кордоні, безперервності та імпульс принципи дають ряд безрозмірних відносин між вгору і вниз по властивостях потоку:

 (1)
 (2),

де : d - Глибина води (м) по нормалі до повороту,

Fr – число Фруда, що визначається як: , V – швидкість потоку (м / с) позитивний вниз за течією, g – гравітаційна стала (м/с2), 1,2 – індекси, що відносяться до руху за течією і проти, відповідно. Гідравлічний підскок класифікують, як правило, з точки зору припливу числа Фруда , яке завжди більше одиниці (BÉLANGER 1828, HENDERSON 1966, CHANSON 2004). Для числа Фруда, дещо більшого одиниці, гідравлічний підскок характеризується плавним підйомом вільної поверхні, що супроводжується рухом вільних поверхневих хвилястостей (рис. 1.А.). Для більшого числа Фруда, стрибки мають хвилі з великими масштабними вихорами, потік характеризується значними кінематичними енергетичними розкладами і захопленням повітряної бульбашки (рис. 1.Б.). Історичний вклад в вивчення гідравлічного підскоку зробили фізичні досліди BIDONE (1819), що виступив у Франції в 1818 році, теоретичний аналіз Беланже (1828,1841), експерименти Дарсі і Базен (1865), рішення Буссінеска (1877) і pобота Бахметьев (1932). Останні відгуки охоплює HAGER (1992) та Шансон (2007, 2009). Жана-Батист Беланже (рис. 2) зазвичай пов'язанують із застосуванням імпульсного принципу гідравлічного підскоку: наприклад, рівняння Беланже. Але мало хто цінує, що його первинний документ був зосереджений на вивченні поступово змінних відкритих потоків каналу (Belanger 1828), а його значний вплив на своїх сучасників іноді втрачається. Наприклад, його ім'я написано на межі одного з чотирьох фасадів Ейфелевої вежі поряд з іменем знаменитого гідротехніка Jean Charles Borda, Гаспар де Проні, Жана-Віктора Понселе, і Жак Антуан Шарль BRESSE (рис. 3 ). Вклад Жана Батиста Беланже в відкриті канали потоку коротко згаданий тут. На перший план висунуто те, що його рівняння застою (в оригіналі backwater) довгий час вважалось чудовим, коли числові обрахунки інтегралів виконувались вручну (BÉLANGER 1828). Жан-Батист Беланже ввів поняття критичних умов потоку як особливостей обчислень застою і показав, що рівняння застою не може бути вирішено через гідравлічний підскок. Він швидко зрозумів різну природу потоку стрибка і поняття суперкритичного припливу. Хоча його початкова теза гідравлічного підскоку була помилковою, проте подальший розвиток привів до гідравлічного рівняння підскоку (BÉLANGER 1841).

(А) Хвильовий гідравлічний підскок: Fr1 = 1.1, d1 = 0.104 м, Re = 1.1 *105, B = 0.5 м, потік справа наліво.

Гідравлічний підскок з вихорами: Fr1 = 7.9, d1 = 0.018 м, Re = 5.9*105, B = 0.5 м, потік справа наліво.

Рис.1. Фото гідравлічного підскоку в Гідравлічній лабораторії Гордона МакКея в університеті Queensland.

Рис. 2. Фотографія Жана-Батіста Беланже (надано бібліотекою de l'Ecole Nationale Supérieure des Ponts міста Chaussées)

Рис. 3. Надпис BÉLANGER на Ейфелевій вежі між LAGRANGE та CUVIER, та BRESSE ліворуч – Фото зроблене 28 липня 2008 року.

3. Внесок у прикладній механіці

З 1851 року, як професор в Політехнічній школі, Беланже розробив нову навчальну програму університету в механіці (cours de Mécanique) у відповідь на реструкторизацію інженерної програми в École Polytechnique (Chatzis 1995). Зв’язуючи кінематику і динаміки, він стверджував, що механіка грунтується на трьох принципах: інерція, дія-протидія та постійна сила співвідношення прискорення в будь-якій точці. Серед нововведень, Жан-Батист розглянув статику як обмежений випадок динаміки, що стало найбільш інноваційним у Франції в той час. Оновні ідеї Беланже були вперше розроблені в 1847 році у його лекціях, та справили вплив на багатьох провідних вчених у Франції та за кордоном. Наприклад, Франц Рело (1829-1905) схвально відзначив тексти Bélanger (1847); Ернст Мах (1838-1916) слухав трактат Беланже 1847 серед декількох основних посилань в механіці.

Додаток 1. Свідоцтво про народження Жана-Батиста Беланже Муніципальний архів Валансьєн надав автокопію свідоцтва про народження1 Жана-Батиста Беланже, датовану 4 квітням 1790 роком (рис. 1), разом з репродукцією свідоцтва про одруження його батьків, яке датоване 21 квітням 1789 року. Свідоцтво про народження написане від руки, тому Французький текст відтворений під рис.1 з тою ж орфографією, пунктуацією і стилем вихідного документа. Жан-Батист Беланже був охрещений в день свого народження (4 квітня 1790). Його хрещеним батько і хрещеною матір’ю були відповідно його дядько і тітка. Репродукція свідоцтва про шлюб його батьків також відтворена, з тими ж орфографією, пунктуацією і стилем, що й оригінал (Від 26 червня 2008 року).

Рис. 1. Свідоцтво про народження Жана-Батиста Беланже, приходу Святого Vaast en Ville (фото з муніципального архіву Валансьєн). Текст: Belanger L'an mil Sept cent quatre vingt dix le quatre avril fur par maitre Carpentier, pretre grandeler, baptisé jeanbaptiste, charles joseph, né le même jour à Dix heures du matin, fils légitime de Charles Antoine aimé joseph Belanger, Serurrier et de jeanne françoise

joseph fauconnier. fut parrain jean baptiste
laurent honnis, maitre Serurrier, oncle du batisé
de cette paroisse, marraine marie heleine fauconnier,
tante maternelle du baptisé. laquelle avec le pere

a Signé. le parrain a déclaré ne Savoir lire Carpentier grandeler

                    Charles Belanger                                                   Helene fauconnier
Нотатки: синій текст нерозпізнана буква/слово

• 1Свідоцтво про народження діяло одночасно як ознака народження і хрещення, оскільки було загальним і означало, що новонароджений був охрещений в день свого народження місцевим католицьким священиком.

Репродукція свідоцтва про одруження Чарльза Антуана Айме Джозеф Беланже та Жане Франсуаз Джозеф Фауконьєр 21 квітня 1789р.

Extrait d'acte de mariage Acte rédigé le : 21/04/1789 par: Maitre GOPEAU (Curé) Célébrant / Officier d'état civil à VALENCIENNES, Paroisse/Canton: St Géry Concernant le mariage

de: Agé(e) de: Exerçant la profession de : Fils / Fille de : et de :

et de : Agé(e) de : Exerçant la profession de : Fils / Fille de : et de :

1er témoin: Parenté: 2ème témoin: Exerçant la profession de :

Fait à Valenciennes, le 26/06/08 Charles Antoine Aimé Joseph BELLANGER 26 ans et 3 mois (natif de la paroisse de St Etienne à Lille Serurried feu Antoine Joseph Angélique GODEFROY

Jeanne Françoise Joseph FAUCONNIER 27 ans (native de cette paroisse)

Pierre Joseph Marie Anne BERTON

François FAUCONNIER Frère de l'épouse Jean-Baptiste HONNIS Serurrier

Додаток 2. Імена 72 вчених, що вказані навколо Ейфелефої вежі в Парижі. Імена 72 вчених були вигравірувані навколо першого поверху Ейфелевої вежі як знак данини від Густава Ейфеля. (рис.2 і рис. 3). Список 72 імен на Ейфелевій вежі - список з 72 імен найбільш видатних французьких вчених та інженерів XVIII-XIX століть, поміщений на першому поверсі Ейфелевої вежі. Імена були вигравірувані на початку XX століття під першим балконом (рис. 4) на всіх чотирьох сторонах вежі. Під час однієї з фарбувань вежі імена стали невиразні, тому в 1986-1987 роках була проведена реставрація списку. Прізвище Жана Батиста Беланже розміщене на Північно-західній частині вежі в числі перших 18 науковців. № Name № Name № Name № Name 1 Marc SÉGUIN (1786-1875) 19 Jules Célestin JAMIN (1818-1889) 37 Augustin Louis CAUCHY (1789-1857) 55 Jules Alexandre PETIET (1813-1871) 2 Joseph Jérôme LEFRANCOIS de LALANDE (1732-1807) 20 Louis Joseph GAY-LUSSAC (1778-1850) 38 Eugène BELGRAND (1810-1878) 56 Louis Jacques MANDÉ DAGUERRE (1787-1851) 3 Henri TRESCA (1814-1885) 21 Hippolyte FIZEAU (1819-1896) 39 Henri Victor REGNAULT (1810-1878) 57 Charles Adolphe WÜRTZ (1817-1884) 4 Jean-Victor PONCELET (1788-1867) 22 Eugène SCHNEIDER (1805-1875) 40 Augustin Jean FRESNEL (1788-1827) 58 Urbain Jean Joseph LE VERRIER (1811-1877) 5 Jacques Antoine Charles BRESSE (1822-1883) 23 Louis LE CHATELIER (1815-1873) 41 Gaspard de PRONY (1755-1839) 59 Jean Albert Vincent Auguste PERDONNET (1808-1867) 6 Joseph-Louis LAGRANGE (1736-1813) 24 Pierre BERTHIER (1782-1861) 42 Louis VICAT (1786-1861) 60 Jean-Baptiste Joseph DELAMBRE (1749-1822) 7 Jean-Baptiste-Charles- Joseph BÉLANGER (1790-1874) 25 Jean-Augustin BARRAL (1819-1884) 43 Jacques-Joseph EBELMEN (1814-1852) 61 Étienne Louis MALUS (1775-1812) 8 Baron Georges Leopold Chretien Frédéric Dagobert CUVIER (1769-1832) 26 Henri de DION (1828-1878) 44 Charles-Augustin de COULOMB (1736-1806) 62 Louis BREGUET (1804-1883) 9 Pierre-Simon LAPLACE (1749-1827) 27 Ernest GOUIN (1815-1885) 45 Louis POINSOT (1777-1859) 63 Camille POLONCEAU (1778-1847) 10 Pierre Louis DULONG (1785-1838) 28 Louis Didier JOUSSELIN (1776-1838) 46 Jean Bernard Léon FOUCAULT (1819-1868) 64 Jean Baptiste André DUMAS (1800-1884) 11 Michel CHASLES (1793-1880) 29 Paul Pierre BROCA (1824-1880) 47 Charles-Eugène DELAUNAY (1816-1872) 65 Benoît Paul Émile CLAPEYRON (1799-1864) 12 Antoine Laurent de LAVOISIER (1743-1794) 30 Antoine BECQUEREL (1788-1878) 48 Arthur MORIN (1795-1880) 66 Jean-Charles de BORDA (1733-1799) 13 André-Marie AMPÈRE (1775-1836) 31 Gaspard-Gustave CORIOLIS (1792-1843) 49 René Just HAÜY (1743-1822) 67 Jean Baptiste Joseph FOURIER (1768-1830) 14 Michel Eugène CHEVREUL (1786-1889) 32 Jean-François CAIL (1804-1871) 50 Charles COMBES (1801-1872) 68 Marie François Xavier BICHAT (1771-1802) 15 Eugène FLACHAT (1802-1873) 33 Jacques TRIGER (1801-1867) 51 Louis Jacques THÉNARD (1777-1857) 69 François Clément SAUVAGE (1814-1872) 16 Claude Louis Marie Henri NAVIER (1785-1835) 34 Henri GIFFARD (1825-1882) 52 Dominique François Jean ARAGO (1786-1853) 70 Théophile-Jules PELOUZE (1807-1867) 17 Adrien-Marie LEGENDRE (1752-1833) 35 François PERRIER (1833-1888) 53 Siméon Denis POISSON (1781-1840) 71 Lazare Nicolas Marguerite CARNOT (1753-1823) 18 Jean-Antoine CHAPTAL (1756-1832) 36 Jacques Charles François STURM (1803-1855) 54 Gaspard MONGE (1746-1818) 72 Gabriel LAMÉ (1795-1870)

Рис. 2. Розміщення списку імен на Ейфелевій вежі.

Рис. 3. Частина імен на Північно-Західній частині Ейфелевої вежі.

Посилання: http://en.wikipedia.org/wiki/Jean-Baptiste-Charles-Joseph_B%C3%A9langer

JEAN-BAPTISTE CHARLES JOSEPH BÉLANGER (1790-1874), THE BACKWATER EQUATION AND THE BÉLANGER EQUATION by Hubert CHANSON, Professor, Division of Civil Engineering, School of Engineering, The University of Queensland, Brisbane QLD 4072, Australia Ph.: (61 7) 3365 3619, Fax: (61 7) 3365 4599, Email: h.chanson@uq.edu.au Url: http://www.uq.edu.au/~e2hchans/ REPORT No. CH69/08, ISBN 9781864999211,Division of Civil Engineering, The University of Queensland August 2008