Джон Смитон

Джон Смитон (англ. John Smeaton, 8 июня 1724, Осторп, Йоркшир — 28 октября 1792, Осторп, Йоркшир) — английский инженер-строитель, механик и физик, один из основоположников современного гражданского строительства. Наиболее известен проектированием маяка Эддистоун, а также исследованиями в области гидротехники, механики и материаловедения. Смитон ввёл в практику использование гидравлической извести и бетона, что позволило создавать долговечные конструкции в водной среде. Он считается первым человеком, назвавшим себя «инженером-строителем» (civil engineer), и основателем профессионального сообщества инженеров.

Биография

Ранние годы и образование

Джон Смитон родился в деревне Осторп (графство Йоркшир) в семье юриста. С детства проявлял интерес к механике, математике и астрономии. После окончания школы в Лидсе он поступил в Лондон, где изучал право, но вскоре оставил юридическую карьеру ради занятий наукой и техникой. В 1740-х годах Смитон начал самостоятельно изготавливать астрономические и геодезические инструменты, что принесло ему известность среди лондонских учёных.

Научная деятельность

В 1750 году Смитон был избран членом Лондонского королевского общества (аналог академии наук). В 1759 году он опубликовал фундаментальный труд «Экспериментальное исследование природы и свойств водяных и ветряных двигателей» (англ. An Experimental Enquiry Concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills and Other Machines). В этой работе он впервые систематически изучил зависимость мощности водяных и ветряных колёс от их конструкции, скорости потока и напора. Смитон ввёл понятие «коэффициент полезного действия» (КПД) для гидравлических машин, а также сформулировал эмпирические законы, связывающие скорость вращения колеса с производительностью. Эти исследования стали основой для проектирования мельниц и насосных станций в XVIII—XIX веках.

Инженерная карьера

Смитон активно занимался практической инженерией. Среди его крупных проектов:

• Маяк Эддистоун (1756—1759) — самый известный проект Смитона. Маяк был построен на скалах Эддистоун в проливе Ла-Манш, где ранее дважды разрушались деревянные маяки. Смитон разработал конструкцию из гранитных блоков, скреплённых гидравлическим раствором (известь с добавлением глины и песка). Форма маяка была спроектирована так, чтобы противостоять штормам: нижняя часть имела плавный изгиб, напоминающий ствол дерева. Маяк простоял более 120 лет (до 1877 года) и стал образцом для последующих морских сооружений.
• Каналы и шлюзы — Смитон участвовал в строительстве канала Калдер-Хеббл (Йоркшир) и канала Форс-энд-Клайд (Шотландия). Он разработал систему шлюзов с каменными стенами и гидравлическими затворами, что повысило надёжность водных путей.
• Мосты — спроектировал несколько мостов в Англии, в том числе мост через реку Эйр в Лидсе (1760-е годы). Для расчёта нагрузок он использовал собственные методы, основанные на экспериментах с моделями.
• Промышленные объекты — построил водяные колёса для рудников и фабрик, в том числе для угольных шахт в Нортумберленде. Его колёса отличались высокой эффективностью (КПД до 65% против 30% у аналогов).

Основание профессионального сообщества

В 1771 году Смитон вместе с группой коллег основал «Общество инженеров-строителей» (англ. Society of Civil Engineers), которое позже стало называться «Смитоновским обществом» (Smeatonian Society). Это была первая профессиональная организация инженеров в мире, объединившая практиков, занимавшихся проектированием дорог, мостов, каналов и портов. Смитон был её первым президентом и оставался им до своей смерти.

Научные достижения

Исследование гидравлической извести

Смитон провёл серию экспериментов с различными видами извести и глин, чтобы определить оптимальный состав для строительства в воде. Он обнаружил, что смесь обожжённого известняка с глиной (гидравлическая известь) твердеет даже под водой, в отличие от обычной извести. Этот материал он назвал «гидравлическим цементом». Смитон также разработал технологию приготовления раствора: известь смешивалась с песком и водой в определённых пропорциях, а затем укладывалась в опалубку. Его работа заложила основы для изобретения портландцемента в XIX веке.

Эксперименты с водяными колёсами

В 1750-х годах Смитон построил экспериментальную установку для измерения мощности водяных колёс. Он варьировал диаметр колеса, количество лопастей, угол их наклона и скорость потока. В результате он вывел эмпирическую формулу: мощность колеса пропорциональна произведению расхода воды на напор, а также зависит от конструкции. Смитон также исследовал ветряные мельницы, предложив оптимальную форму лопастей и угол их установки.

Механика и гидростатика

Смитон занимался вопросами устойчивости плотин и дамб. Он разработал метод расчёта давления воды на стенки, основанный на принципе гидростатического парадокса. Его работы по гидростатике использовались при строительстве портов и шлюзов в Англии и Франции.

Основные проекты

Маяк Эддистоун

Маяк Эддистоун (1756—1759) стал инженерным прорывом. Смитон выбрал для строительства гранит, который добывался в карьерах Корнуолла. Блоки весом до 2 тонн укладывались в «паз» — специальные выступы и углубления, обеспечивающие жёсткость конструкции. Для соединения блоков использовался гидравлический раствор, который твердел в морской воде. Маяк имел высоту 22 метра и был оснащён масляными лампами. Он прослужил до 1877 года, когда был заменён на новый из-за эрозии скал.

Канал Калдер-Хеббл

Строительство канала (1765—1770) соединило реки Калдер и Хеббл в Йоркшире, обеспечив транспортировку угля и текстиля. Смитон спроектировал 18 шлюзов, каждый из которых имел каменные стены и деревянные ворота. Канал стал важным транспортным узлом для промышленного севера Англии.

Мост через реку Эйр

Мост в Лидсе (1768) был построен из тёсаного камня. Смитон рассчитал пролёт в 15 метров и ширину в 6 метров, что позволяло проезжать повозкам. Мост простоял до 1930-х годов, когда был заменён на более широкий.

Признание и наследие

Награды и звания

• Член Лондонского королевского общества (1750).
• Золотая медаль Королевского общества за исследования в области гидравлики (1759).
• Президент Общества инженеров-строителей (1771—1792).

Влияние на инженерию

Смитон считается «отцом гражданского строительства». Его методы проектирования и расчёта стали стандартом для инженеров XVIII—XIX веков. Он ввёл в практику использование моделей для испытания конструкций, что позже развилось в экспериментальную механику. Смитоновское общество существует до сих пор (с 1976 года — как часть Института инженеров-строителей, ICE).

Память

• Именем Смитона назван кратер на Луне (диаметр 14 км).
• В 1994 году в Великобритании выпущена почтовая марка с его изображением.
• В Осторпе установлен памятник инженеру.

Интересные факты

• Смитон был первым, кто применил термин «инженер-строитель» (civil engineer) для отличия от военных инженеров.
• При строительстве маяка Эддистоун он использовал «гидравлический цемент», который по составу был близок к современному портландцементу, но изобретён на 70 лет раньше.
• Смитон никогда не получал формального инженерного образования — все знания он приобрёл самообучением и экспериментами.

Источники

• John Smeaton. An Experimental Enquiry Concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills and Other Machines. London, 1759.
• A. W. Skempton. John Smeaton: A Biography. London, 1981.
• Richard L. Hills. Power from Wind: A History of Windmill Technology. Cambridge, 1996.
• Encyclopaedia Britannica. John Smeaton.
• The Smeatonian Society of Civil Engineers. History of the Society.