Osborne Reynolds

Osborne Reynolds (23 de agosto de 1842 - 21 de febrero de 1912) fue un científico británico nacido en Irlanda, investigador pionero de la mecánica de fluidos en los campos de la física y la ingeniería.^[1]​^[2]​^[3]​ Realizó contribuciones fundamentales sobre la comprensión de la fluidodinámica, y sus estudios de la transferencia de calor entre sólidos y fluidos implicaron mejoras en el diseño de calderas y condensadores. En reconocimiento a sus logros, fue nombrado miembro de la Royal Society. Toda su carrera transcurrió en lo que ahora es la Universidad de Mánchester.

Osborne Reynolds nació en Belfast y poco después se mudó con sus padres a Dedham (Essex).^[4]​ Su padre trabajaba como director de escuela y clérigo, pero también era un matemático muy capaz, con un gran interés en la mecánica. El padre obtuvo una serie de patentes para mejorar el equipo agrícola y el hijo le atribuye haber sido su principal maestro cuando era niño. Reynolds mostró una temprana aptitud y gusto por el estudio de la mecánica. Al final de su adolescencia, durante el año anterior a ingresar a la universidad, entró a trabajar como aprendiz en el taller de Edward Hayes, un conocido constructor naval en Stony Stratford, donde obtuvo experiencia práctica en la fabricación y acondicionamiento de vapores costeros (y por lo tanto obtuvo una apreciación temprana del valor práctico de comprender la dinámica de fluidos).

Asistió al Queens' College (Cambridge) y se graduó en 1867 como el séptimo wrangler en matemáticas.^[5]​ Había elegido estudiar matemáticas en Cambridge porque, en sus propias palabras en su solicitud para la cátedra de 1868, "Desde que tengo memoria, he tenido un gusto irresistible por la mecánica y las leyes físicas en las que se basa la mecánica como ciencia. .. mi atención se fijó en varios fenómenos mecánicos, para cuya explicación descubrí que un conocimiento de las matemáticas era esencial".^[6]​ Durante el año inmediatamente posterior a su graduación en Cambridge, volvió a ocupar un puesto en una empresa de ingeniería, esta vez como ingeniero civil en ejercicio en el sistema de transporte de aguas residuales de Londres (Croydon). En 1868 fue nombrado profesor de ingeniería en el Owens College en Mánchester (posteriormente, la Universidad de Mánchester), convirtiéndose ese año en uno de los primeros profesores en la historia universitaria del Reino Unido en ostentar el título de "Profesor de Ingeniería". Esta cátedra había sido creada y financiada recientemente por un grupo de industriales manufactureros en el área de Mánchester, y también tuvieron un papel destacado en la selección de Reynolds, de 25 años, para ocupar el puesto.

Reynolds permaneció en el Owens College por el resto de su carrera: en 1880, la universidad se convirtió en el centro constituyente de la recién fundada Universidad Victoria. Fue elegido Miembro de la Royal Society en 1877 y recibió la Medalla Real en 1888. Se retiró en 1905 y murió debido a un proceso gripal el 21 de febrero de 1912 en Watchet (Somerset).^[6]​^[7]​ Fue enterrado en la Iglesia de San Decuman, Watchet.^[7]​

Los trabajos de Reynolds más conocidos se centraron en las condiciones en las que fluye un fluido en las tuberías en transición de flujo laminar a turbulento.

En 1883, Reynolds demostró cómo se produce la transición a flujo turbulento en un experimento clásico en el que examinó el comportamiento del flujo de agua bajo diferentes caudales utilizando un pequeño chorro de agua teñida introducido en el centro del flujo en una tubería más grande.

El tubo más grande era de vidrio para poder observar el comportamiento de la capa de flujo teñido, y al final de este tubo había una válvula de control de flujo que se usaba para variar la velocidad del agua dentro del tubo. Cuando la velocidad era baja, la capa teñida permanecía definida en toda la longitud del tubo grande. Pero cuando se aumentaba la velocidad, la capa se interrumpía en un punto dado y se difundía en la sección transversal del fluido. El punto en el que producía este fenómeno fue identificado como el punto de transición de flujo laminar a turbulento.

De estos experimentos surgió el número de Reynolds adimensional para la similitud dinámica: la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. Reynolds también propuso lo que ahora se conoce como Promedio de Reynolds de flujos turbulentos, donde cantidades como la velocidad se expresan mediante la suma de los componentes medios y fluctuantes. Tal promediado permite una descripción 'a granel' del flujo turbulento, por ejemplo, utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes con promedio de Reynolds.

Las contribuciones de Reynolds a la mecánica de fluidos no pasaron desapercibidas para los diseñadores de barcos ("arquitectos navales"). La capacidad de hacer un modelo a pequeña escala de un barco y extraer datos predictivos útiles con respecto a un barco de tamaño completo depende directamente de que el experimentador aplique los principios de turbulencia de Reynolds a los cálculos de arrastre por fricción, junto con una aplicación adecuada de las teorías de William Froude sobre la energía gravitatoria y de propagación de las olas. El propio Reynolds publicó una serie de artículos sobre el diseño de barcos en las "Transactions of the Institution of Naval Architects".

Sus publicaciones sobre dinámica de fluidos comenzaron a principios de la década de 1870. Su modelo teórico final, publicado a mediados de la década de 1890, sigue siendo el marco matemático estándar que se utiliza en la actualidad. A continuación figuran algunos ejemplos de títulos de sus informes más innovadores:

Reynolds publicó unos setenta informes de investigación en ciencia e ingeniería. Cuando hacia el final de su carrera se volvieron a publicar como una colección, llenaron tres volúmenes. Para un breve catálogo de ellos véanse los Enlaces externos. Además de la dinámica de fluidos, las áreas cubiertas incluyeron la termodinámica, la teoría cinética de gases, la condensación de vapor, la propulsión de barcos tipo hélice de tornillo, la propulsión de barcos tipo turbina, los frenos hidráulicos, la lubricación hidrodinámica,^[8]​ y los aparatos de laboratorio para una mejor medición del equivalente mecánico del calor generado por un julio de energía. Por su trabajo en lubricación, Duncan Dowson lo nombró uno de los 23 "Hombres de la tribología".^[9]​

Uno de los temas que estudió Reynolds en la década de 1880 fueron las propiedades de los materiales granulares, incluida su dilatancia. En 1903 apareció su libro de 250 páginas La Sub-Mecánica del Universo, en el que trató de generalizar la mecánica de los materiales granulares por ser "capaces de dar cuenta de toda la evidencia física, tal como la conocemos, en el Universo". Su objetivo parece haber sido construir una teoría del éter, que consideraba en estado líquido. Las ideas eran extremadamente difíciles de comprender o evaluar y, en cualquier caso, fueron superadas por otros desarrollos de la física de la misma época.