William John Macquorn Rankine (Édimbourg, 5 juillet 1820 - Glasgow, 24 décembre 1872) était un ingénieur et physicien écossais. Il avait des intérêts très différents; dans sa jeunesse, il s'est intéressé à la botanique, à la théorie musicale et à la théorie des nombres et, dans ses dernières années, aux mathématiques et à la technologie.
Avec Rudolf Clausius et William Thomson, il fait partie des fondateurs de la thermodynamique. Il a également développé la théorie derrière la machine à vapeur, introduit des concepts tels que l'énergie cinétique et potentielle, et étudié les ondes de choc et la fatigue du métal.
William Rankine: biographie et vie
William John Macquorn Rankine était le fils du soldat professionnel et plus tard ingénieur civil David Rankine et la fille de la banquière de Glasgow Barbara Grahame. Il a fréquenté le lycée d'Ayr et de Glasgow quelques années seulement après le déménagement de la famille en 1830.
Après avoir lu, à l'âge de quatorze ans, le plus grand ouvrage d'Isaac Newton, Principia Mathematica (1687) en latin, il s'intéresse à la physique.
À l'âge de seize ans, en 1836, il commence à étudier les sciences naturelles à l'Université d'Édimbourg, où il apprend, entre autres, la philosophie naturelle sous James David Forbes et l'histoire naturelle sous Robert Jameson.
En 1838, il quitta l'université et devint assistant de l'ingénieur civil irlandais John Benjamin MacNeill. Il a travaillé ici sur la conception des chemins de fer, la construction des ports et la construction des égouts. En 1855, il est nommé professeur de génie civil et de génie mécanique à l'Université de Glasgow.
Rankine est devenu membre de la Royal Society of Edinburgh en 1849 et de la Royal Society de Londres en 1853. Il était également membre de la Royal Swedish Society of Sciences et de l'American American Academy of Arts and Sciences. En 1857, il fonda une branche écossaise de "l'Institution of Civil Engineers" et en fut le premier président jusqu'en 1870. En 1857, Rankine reçut un doctorat honorifique du Trinity College de Dublin.
Apports scientifiques de William Rankine
En plus de son travail d'ingénieur civil, Rankine a apporté un certain nombre de contributions à la science. Il a écrit des ouvrages standards sur la mécanique, la théorie et la pratique de la vapeur, les principes du génie civil et les principes mécaniques de la construction.
Le travail de Rankine a pu combler le fossé entre la pratique de l'ingénierie et la recherche scientifique.
Recherche en génie mécanique
En raison de son association avec les chemins de fer, Rankine s'est d'abord concentré sur le génie mécanique et l'étude de la résistance des matériaux.
Dans le domaine de la statique, il a développé des méthodes pour calculer la répartition des forces dans les structures des bâtiments. Il a également étudié la mécanique des fluides et la conception navale.
Apports en physique
Au cours des années 1940, il recherche les lois fondamentales à travers des expériences sur les processus thermodynamiques. En 1852, il déclare ce qu'on appellera plus tard la loi de la conservation de l'énergie : "l'énergie ne se crée ni ne se détruit, elle ne peut que se transformer".
Hypothèse des vertèbres moléculaires
Une hypothèse centrale dans le travail scientifique de Rankine était son hypothèse des vertèbres moléculaires (tourbillons à l'échelle moléculaire), également appelée «théorie centrifuge de l'élasticité». Selon cette hypothèse, toute matière était constituée de molécules constituées de noyaux atomiques entourés d'une atmosphère élastique, maintenue en place par des forces attractives.
William Rankine a également estimé que la chaleur était une sorte de vibration de l'atmosphère qui tournait autour du noyau atomique et que la lumière était, en fait, une vibration qui résultait du mouvement des noyaux atomiques et se propageait encore plus grâce à l'attraction et à la mutuelle répulsion de ces noyaux.
Thermodynamique : échelle de température et cycle de Rankine
Sur la base de son hypothèse de vertèbres moléculaires en 1849, il avait trouvé le lien entre la pression de vapeur saturante et la température. L'année suivante, il trouve des liens entre les quantités de température, de pression et de densité de gaz et décrit la chaleur latente après l'évaporation d'un liquide.
Il a montré qu'une certaine quantité de chaleur disparaissait et est arrivé à sa propre formulation de la deuxième loi de la thermodynamique.
Rankine a introduit le nom "énergie" pour la quantité physique fondamentale anciennement connue sous le nom de "force vitale". Il a également été le premier à décrire le transfert d'énergie dans les machines à vapeur.
William John Macquorn Rankine a affirmé sur la base de sa propre théorie que le rendement maximal des moteurs thermiques dépendrait uniquement des fluctuations de température auxquelles ces moteurs sont soumis pendant leur fonctionnement.
L'un des cycles thermodynamiques les plus importants, le cycle de Rankine, porte le nom du physicien écossais.
En 1859, Rankine proposa son échelle de Rankine pour mesurer les températures absolues.