ジョン・スミートン (John Smeaton)

ジョン・スミートン FRS (王立学会フェロー) (1724 年 6 月 8 日 - 1792 年 10 月 28 日) はイングランドの土木技術者で、橋, 運河, 港, そして灯台のデザインに責任を負った。彼はまた有能な機械技術者で、著名な物理学者でもあった。スミートンは自分自身を「土木技術者」 (civil engineer) と宣言した最初の人であり、しばしば「土木技術の父」と見なされている。彼はコンクリートで水硬性石灰 (hydraulic lime) の使用を開拓し、小石と粉末化したレンガを骨材に使用した。スミートンはルーナー・ソサイエティ (Lunar Society) と関連している。

スミートンはイングランド、リーズのオースソープ (Austhorpe) で生まれた。彼はリーズ・グラマー・スクールで学んでから、父親の法律事務所に加わったが、この職を去り、数学的装置製造家 (mathematical instrument maker) となり (ヘンリー・ヒンドリー (Henry Hindley) と共に働き)、装置を開発し、その中に材質の膨張を測定するためのパイロメーター (高温計、pyrometer) があった。 1750 年に彼の家屋はホルボーン (Holborn) のグレート・ターンスタイル (Great Turnstile) にあった。

彼は 1753 年に王立学会フェローに選ばれ、1759 年には水車・風車の力学に関しての研究からコプリー・メダル (Copley Medal) を受賞した。彼の 1759 年の論文「円運動に依存するミルなどの機械を回転させるための水と風の自然動力に関する実験的研究」 (An Experimental Enquiry Concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills and Other Machines Depending on Circular Motion) は空中を動く物体の圧力と速度の間の関係に取り組み (スミートンは次のように注意している：「研究で使用した表は実際は私の友人のラウズ氏 (Mr. Rouse) の貢献によるもので、彼は「レスターシャー州ハーボロー (Harborough) の独創的な紳士」で、彼の実験を基礎にして計算をした)、彼の発想はまもなく「スミートン係数」を考案することに発展した。スミートンの水車の実験は小さな水車モデルで実施し、これを使用して 7 年間にわたって色々な条件でテストをした。この結果、水力の効率が増大し、産業革命に貢献した。

1759 年 - 1782 年の間に水車の更なる一連の実験と計測を実施し、これにより、ドイツ人のゴッドフリート・ライプニッツの vis viva 理論 -- エネルギー保存法則の初期の定式化 -- を支持し、擁護することになった。これにより、既成学会のメンバーと論争になった。彼らはライプニッツの理論がサー・アイザック・ニュートンの運動量保存の法則と矛盾すると考え、ライプニッツの理論を否定していたからである。

訳注

vis viva (生きた力) では運動エネルギーに相当するものは mv² を考え、この総量が不変と考えた。今日の運動エネルギーの 2 倍になっている。

彼の 1759 年の論文「円運動に依存するミルなどの機械を回転させるための水と風の自然動力に関する実験的研究」 (An Experimental Enquiry Concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills and Other Machines Depending on Circular Motion) で考案とデータを発展させ、これは「スミートン係数」の基礎、ライト兄弟により使用された揚力等式 (lift equation) となった。これは次の形をしている：

ライト兄弟は、スミートン係数の値 0.005 は不正確で、0.0033 であることを風洞 (wind tunnels) で決定した。現代の分析では揚力係数 (lift coefficient) はスミートン係数の代わりに動圧 (dynamic pressure) で正規化 (normalize) される。

スミートンは現代のセメントの再発見と発展の歴史で重要であり、石灰 (lime) の水硬性 (hydraulicity) を得るために必要な構成の必要性 (compositional requirement) を特定し、これにより究極的にはポートランド・セメント (Portland cement) の発明につながった。ポートランド・セメントは大まかにはスミートンの影響力により、現代の建築資材としてのコンクリートの再登場につながった。

訳注

産業革命以前にコンクリートを使用したのは古代ローマのみです。ローマのコンクリートを参照。

王立学会の推薦により、スミートンは 3 台目のエディストーン灯台 (Eddystone Lighthouse) のデザインをした (1755 年 - 1759 年)。彼は「水硬性石灰」 (hydraulic lime) -- これは漆喰の一種で水の中で固まる -- の使用を開拓し、灯台の建築で花崗岩ブロックのあり継ぎを含む技術を開発した。彼の灯台は 1877 年に至るまで使用されたが、この時構造基礎の下にある岩が侵食され始めた：灯台は分解されて、プリマス・ホー (Plymouth Hoe、【訳注：プリマスの公園】) で部分的に再建され、そこではスミートンの塔と呼ばれている。

彼は利益が出る土木技術に焦点を合わせることを決意し、広範囲な一連の依頼を開始した。これに含まれるものは：

訳注： 閉鎖水域港は impound port の訳で、impound は「囲いの中に入れる」の意味です。英国の昔の港は潮汐の影響を受けないように港を囲んで、水位が常に同じ高さになるようにして、港への出入りには水門 (閘門) などを経由することが多かった。 (現代の大型船は大きすぎるのでこのように処理できない。) 写真には水門がなく、ゲートしか見られないので満潮の時に港に出入りすると思われます。ドックを参照。

スミートンはイングランドの法廷に登場した最初の専門家の証人であると思われている。工学における専門的知識から、スミートンはノーフォーク州ウェルス=ネクスト=ザ=シー (Wells-next-the-Sea) の港がシルト (沈泥) で塞がることに関連した事件で、法廷で証言するように呼ばれた。彼はライ (Rye) における破局的な 63 年に及ぶニュー・ハーバー (新港) (の建設) のコンサルタントとして活動し、ウィンチェルシー (Winchelsea) の港のシルトと戦うためのデザインをした。この計画は現在では非公式に「スミートンの港」と呼ばれている。しかし、その名称にもかかわらず、彼の関与は限定的で、港の工事が開始してから 30 年以上も後に起きたことである。港は 1839 年に閉鎖した。

訳注

ウォーター・エンジンは蒸気エンジンと類似し、ピストンとバルブがあり、水圧で駆動する。いつ、どこで発明されたかは不明であるが、ドイツの鉱山で始めて使用された可能性がある。 1600 年頃に、ロバート・フラッド (Robert Fludd) がドイツを訪れた後に、彼によって記述されている。

1789 年にスミートンはドニ・パパンのアイデアを応用して、フォース・ポンプ【訳注：ピストン・ポンプを参照】を使って、潜水鐘 (diving bell) の中の圧力と新鮮な空気を維持した。この鐘はヘキサム橋の計画のために建造されたが、水面下の工事を目的としたものではなかった。しかし 1790 年にデザインが更新され、ラムズゲート港の防波堤の水面下 (の工事) で使用することができた。スミートンは上掛け水車と下掛け水車の基本的な違いと利点を説明した、ともされている。 (Smeaton is also credited with explaining the fundamental differences and benefits of overshot versus undershot water wheels. ) スミートンはニューコメン・エンジンで実験をして著しい改良をした。これはジェームズ・ワットが彼の最初の蒸気エンジンを建設している頃であった (1770 年代末)。

スミートンはオースソープ (Austhorpe) の自宅で庭を歩いている最中に発作で死亡し、ウェスト・ヨークシャー (West Yorkshire) のウィットカーク (Whitkirk) の教区教会に埋葬された。残された彼の娘たちが、彼と妻の記念碑を設置し、これは教会の内陣 (chancel) の壁にある。

彼は他の技術者に高く評価され、ルナー・ソサイエティーに貢献し、 1771 年には土木技術者協会 (Society of Civil Engineering) を設立した。彼は土木技術者 (civil engineer, 直訳は民間技術者) という言葉を使い、ウーリッジの王立陸軍士官学校 (Royal Military Academy) から卒業してくる軍事技術者と区別した。土木技術者協会は、 1818 年に設立された土木技術者学会 (Institute of Civil Engineer) の先駆であり、 1830 年にスミートン土木技術協会 (Smeatonian Society of Civil Engineers) に名称を変えた (【訳注：学会の方が協会から分離した】)。彼の教え子には技術者のウィリアム・ジェソップと建築家且つ技術者のベンジャミン・ラトローブ (Benjamin Latrobe) がいる。

空気中を移動するオブジェクトに適用された時、速度の平方に逆に変化する圧力を記述する先駆的比例定数は彼の名誉をたたえてスミートン係数 (Smeaton's coefficient) と呼ばれる。これは彼の考えとデータに基づき、ライト兄弟が始めて成功した空気より重い飛行機を追い求めた時に使用された。

1860 年と 1894 年のあいだに古いペニー硬貨 (penny coin) の裏側のデザインは ( ブリタニア (Britannia) の後ろに) スミートンのエディストーン灯台 (Eddystone lighthouse) が描写されていた。

スミートンはスチーブンソンのステンド・グラス窓に描かれている 6 人の技術者の 1 人で、これは William Wailes によってデザインされ、1862 年にウェストミンスター寺院で除幕した。スミートン自身を記念する記念碑が 1994 年 11 月 7 日にウェストミンスター寺院でノエル・オードマン (Noel Ordman) -- スミートン土木技術協会の会長 -- により除幕された。

訳注

ウェストミンスター寺院にはロバート・スチーブンソンの墓がある。

ジョン・スミートン・アカデミーはリーズの郊外にあるセカンダリー・スクールであり、オースソープの近くのペンダス・フィールド (Pendas Field) 地所に隣接し、スミートンにちなんで命名されている。彼はプリマス大学 (University of Plymouth) でも記念され、数学・技術学科を収容する建物は彼にちなんで命名されている。リーズの中環状道路 (Reeds Inner Ring Road) の最後の区間にある高架橋は 2008 年に開通し、彼にちなんで命名されている。

2003 年にスミートンは「人間の偉業：芸術と科学における卓越さの追求、BC 800 年から 1950 年まで」 (Human Accomplishment: The Pursuit of Excellence in the Arts and Sciences, 800 B.C. to 1950) [訳注：2003 年の本] の上位 10 人の技術革新者に名前が挙げられている。彼は、インディー・ロック・バンドのカイザー・チーフスによる歌 "I Predict a Riot" (暴動が起きそうだ) で (名前が) 言及されているが、これはリーズの歴史でもっと偉大で平和な時代のシンボルとして言及され、更にはリード・シンガーのリッキー・ウィルソンの出席したリーズ・グラマー・スクールの若年校舎 (Junior School House) への参照で言及されている。カイザー・チーフスのメンバーはすべてリーズ生まれである。

	揚力
	スミートン係数 (以下の注意参照)
V	速度
	面積 (平方フィート)
	揚力係数 (同じ面積を持つプレートの抵抗に相対的な揚力)


ジョン・スミートンの肖像画背景にエディストーン灯台	ジョージ・ロムニーによる肖像画 1779 年 (詳細画) 国立肖像画ギャラリー


スミートンの灯台	エディストーン灯台の断面あり継ぎの方法が見える