Osborne Reynolds - vědec, inženýr a průkopník moderní techniky

„Elektřina nemůže být nikdy praktickou formou síly, protože ztráty vzniklé ve vedení jsou příliš velké. Bylo by snazší užívat provazových poháněcích pásů, které by šly od kladky ke kladce, takže by se táhly na míle po celém kraji.”

Autorem tohoto výroku, uváděného často mezi nejznámějšími chybnými předpověďmi a „neslavnými” výroky slavných, byl britský fyzik, technik a průkopník teorie tekutin Osborne Reynolds, od jehož narození letos uplynulo 170 let a 100 let od jeho úmrtí.

Narodil se v irském Belfastu 23. srpna 1842 ve vzdělané rodině. Jeho děd byl rektorem a otec, pastor anglikánské církve, zastával různá vedoucí místa na školách a univerzitách – od ředitele kolejní školy až po rektora. Mladý Reynolds začal navštěvovat školu v Dedhamu, kde byl jeho otec ředitelem essexské školy. V dalším sebevzdělání pokračoval zejména pomocí soukromých učitelů, z nichž jedním byl i jeho otec; toho po celý život oceňoval nejvýše ze svých vyučujících. Jeho otec byl výborným matematikem a jeho zájmem o mechaniku vyústil v řadu vylepšení zemědělských strojů a zařízení.

Návrat k matematice

Po ukončení středního vzdělání nepokračoval Osborne ve vysokoškolském studiu. Již od mládí projevoval vztah k mechanice. V 19 letech se jeden rok učil v místní strojírenské firmě známého vynálezce a technika Edwarda Hayese, kde získal praktické zkušenosti s výrobou a montáží pobřežních lodí. Tam si také uvědomil, že k objasnění různých přírodních a technických jevů se neobejde bez matematiky. Pustil se proto do jejího studia na Queens´ College na cambridgeské univerzitě, kde stejně jako jeho otec, získal stipendium. Sám o tom později napsal: „Má pozornost byla upřena k různým jevům mechaniky. K jejich vysvětlení – jak jsem zjistil – byly potřebné znalosti matematiky.” Své velmi úspěšné studium ukončil v roce 1867 jako sedmý nejlepší v ročníku a byl zvolen mezi doživotní členy této prestižní univerzitní koleje. Při krátkém působení jako inženýrský praktikant u londýnské firmy John Lawson vylepšil tehdejší konstrukci kotle a kondenzoru u parních strojů a dalších strojních součástí pohonu parníků.

Prvním profesorem inženýrství

V roce 1868 se stal v historii Spojeného království prvním profesorem inženýrství na Owensově koleji University v Manchestru a byl zvolen do čela strojírenské katedry. Tam působil nepřetržitě téměř 40 let až do roku 1905, kdy se jeho zdravotní stav natolik zhoršil, že odešel do penze. Zemřel o sedm let později 21. února 1912 ve Watchet (Anglie).

Ačkoliv se jako vysokoškolský pedagog velmi zajímal o vzdělávání studentů, nebyl příliš významným a oblíbeným přednášejícím. Jeho přednášky totiž byly jen obtížně pochopitelné a často při nich měnil témata, která na sebe příliš nenavazovala. Během života získal mnoho ocenění a stal se čestným členem různých institucí, např. Královské společnosti v Londýně (1877). Byl také čestným doktorem na University of Glasgow a držitelem Královské medaile (1888).

Od elektromagnetismu k hydrodynamice a termodynamice

Reynolds začal nejprve bádat v oboru elektromagnetismu. Brzy se však zaměřil na hydrodynamiku a termodynamiku. Od roku 1873 zkoumal dynamiku tekutin, díky které se stal světově uznávaným odborníkem. Zkoumal změny proudění uvnitř potrubí při přechodu mezi laminárním a turbulentním prouděním.

V roce 1902 publikoval tzv. teorii všeho, která by do jediného konzistentního rámce zahrnula zákony pro všechny základní interakce na všech úrovních a škálách organizace hmoty. Na některé jeho myšlenky navazovala řada dalších fyziků a matematiků v celém průběhu 20. století. (Jak říká známý a významný současný fyzik Stephen Hawking, který se teorií všeho zabývá již desítky let, „teorie všeho by měla pomocí jednotlivých zákonů popisovat chování subatomárních částic i kup galaxií.”) Vysvětlil také otáčení Crookesova slunečního (světelného) mlýnku, tj. přístroje demonstrujícího působení energie elektromagnetického záření. K roztáčení mlýnku dochází tím, že lopatky mlýnku se zářením ohřívají a molekuly plynu se proto od lopatky odrážejí rychleji, než dopadly; mimoto se teplem uvolňují částečky plynů kondenzované na lopatkách mlýnku, odlétají a reakční silou působí na lopatky mlýnku. Napsal na sedm desítek referátových článků a odborných sdělení, a to nejen z dynamiky tekutin, ale také z oblasti kinetické teorie plynů, kondenzace páry, měření tepla, hydrodynamických mazadel aj.

Reynoldsova prognóza využívání elektrické energie v budoucnosti byla sice chybná, avšak jeho přínos pro rozvoj teoretické a aplikované fyziky (zvláště klasické mechaniky tekutin) a úspěšná transformace nových poznatků do praxe zaujímají v historii světové vědy a techniky čestné místo.

Reynoldsovo číslo

V roce 1883 Osborne Reynoldspublikoval dílo „An experimental investigation of the circumstances…“, ve kterém zavedl bezrozměrovou veličinu později nazvanou Reynoldsovo číslo, Re. Patří mezi podobnostní čísla, umožňující přenášet výsledky získané na modelech na skutečné objekty (letadla, vodní díla) a charakterizuje proudění viskózní tekutiny v trubici. Reynoldsovo číslo menší než 1000 znamená laminární proudění (částice se pohybují ve vrstvách, obtékané těleso klade malý odpor), při Re vyšším než 1000 dochází k turbulentnímu proudění (částice víří, odpor vzroste). V roce 1886 formuloval teorii mazání, o tři roky později vytvořil důležitý teoretický model pro turbulentní proudění (Reynoldsovy rovnice turbulentního proudění).

Kromě Reynoldsova čísla a Reynoldsovy rovnice turbulentního proudění najdeme v naučných technických slovnících ještě další po něm pojmenované termíny a veličiny: Reynoldsova analogie (mezi přestupem tepla a turbulentním třením), Reynoldsovo kritické číslo, Reynoldsovo napětí, Reynoldsův pokus, Reynoldsův zákon podobnosti, Reynoldsův transportní teorém, Reynoldsova dilatace (zvětšení objemu granulí při střižném tlaku) či ve fyzice plazmatu Reynoldsovo magnetické číslo, které je poměrem členů popisujících zamrzání a difúzi magnetického pole.