Claude-Louis Navier

1.1. Kelahiran dan Awal Kehidupan

Claude-Louis Marie Henri Navier dilahirkan pada 10 Februari 1785. Selepas kematian bapanya pada tahun 1793, pendidikan Navier telah diamanahkan kepada bapa saudaranya, Émiland Gauthey, seorang jurutera terkemuka dalam Corps des Ponts et Chaussées (Kor Jambatan dan Jalan Raya). Pengaruh Gauthey adalah penting dalam membentuk minat dan hala tuju kerjaya Navier dalam bidang kejuruteraan.

1.2. Pendidikan

Pada tahun 1802, Navier mendaftar di École Polytechnique, sebuah institusi berprestij yang terkenal dengan pendidikan saintifik dan kejuruteraannya yang ketat. Beliau kemudiannya melanjutkan pengajiannya di École Nationale des Ponts et Chaussées pada tahun 1804, dan berjaya menamatkan pengajiannya pada tahun 1806. Kedua-dua institusi ini adalah tulang belakang kepada pembentukan jurutera dan saintis terkemuka di Perancis pada masa itu, memberikan Navier asas yang kukuh dalam matematik dan mekanik.

1.3. Kerjaya Awal

Setelah menamatkan pengajian, Claude-Louis Navier memulakan kerjaya awalnya dalam perkhidmatan awam. Beliau akhirnya berjaya menggantikan bapa saudaranya, Émiland Gauthey, sebagai Inspecteur général di Corps des Ponts et Chaussées, menandakan permulaan kerjaya yang cemerlang sebagai jurutera dalam perkhidmatan kerajaan Perancis. Jawatan ini membolehkannya terlibat secara langsung dalam projek-projek infrastruktur negara.

2.1. Kejuruteraan dan Pembinaan

Sebagai seorang jurutera awam, Navier bertanggungjawab menyelia pembinaan beberapa jambatan penting di Perancis. Beliau mengarahkan pembinaan jambatan-jambatan di Choisy, Asnières, dan Argenteuil di Jabatan Seine. Selain itu, beliau juga membina sebuah jambatan pejalan kaki yang menghubungkan ke Île de la Cité di Paris. Walau bagaimanapun, reka bentuknya pada tahun 1824 untuk Pont des Invalides tidak meninggalkan margin keselamatan yang mencukupi berdasarkan pengiraannya, dan jambatan itu terpaksa dirobohkan selepas retak, menyebabkan reputasi Navier sebagai pembina jambatan terjejas. Peristiwa ini akan dibincangkan dengan lebih lanjut dalam bahagian kritikan.

2.2. Teori Keelasticitan dan Analisis Struktur

Pada tahun 1821, Navier merumuskan teori keelasticitan umum dalam bentuk matematik yang boleh digunakan, menjadikannya tersedia untuk bidang pembinaan dengan ketepatan yang mencukupi buat kali pertama. Sumbangannya ini merevolusikan analisis struktur moden. Pada tahun 1819, beliau berjaya menentukan 'garis sifar' tegasan mekanikal, akhirnya membetulkan hasil kerja Galileo Galilei yang salah mengenai kekuatan rasuk. Pada tahun 1826, beliau menetapkan modulus keanjalan sebagai sifat bahan yang tidak bergantung kepada momen kedua luas. Oleh itu, Navier sering dianggap sebagai pengasas analisis struktur moden, menyediakan landasan matematik yang kukuh untuk kejuruteraan pembinaan.

2.3. Mekanik Bendalir dan Persamaan Navier-Stokes

Sumbangan Navier yang paling penting kekal dalam bidang mekanik bendalir. Pada tahun 1822, beliau merumuskan persamaan pergerakan bendalir likat, yang kemudiannya dikenali sebagai Persamaan Navier-Stokes. Persamaan ini dinamakan sempena beliau dan George Gabriel Stokes, yang kemudiannya pada tahun 1845 memperoleh formulasi umum. Persamaan Navier-Stokes menjadi asas kepada kajian mekanik bendalir moden, yang penting untuk memahami aliran air, udara, dan bendalir lain dalam pelbagai aplikasi kejuruteraan dan saintifik.

2.4. Penerbitan Utama

Navier menghasilkan beberapa penerbitan penting yang meringkaskan penyelidikan dan pengajaran beliau dalam bidang mekanik dan kejuruteraan:

• Rapport à Monsieur Becquey et Mémoire sur les ponts suspendus. Notice sur le pont des Invalides (Paris, 1830)
• Résumé des leçons données à l'École des ponts et chaussées sur l'application de la mécanique à l'Établissement des constructions et des machines, jilid 1, Première partie contenant des leçons sur la résistance des matériaux, et sur l'établissement des constructions en terre, en maçonnerie et en charpente (Paris, 1833)
• Résumé des leçons données à l'École des ponts et chaussées sur l'application de la mécanique à l'Établissement des constructions et des machines, jilid 2, Deuxième partie, leçons sur le mouvement et la résistance des fluides, la conduite et la distribution des eaux, Troisième partie, leçons sur l'établissement des machines (Paris, 1838)
• De l'établissement d'un chemin de fer entre Paris et Le Havre (1826)
• Mémoire sur les lois du mouvement des fluides, dibacakan di Akademi Sains Perancis pada 18 Mac 1822, dalam Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France - Année 1823 (Paris, 1827, halaman 389-440)

3.1. Pengiktirafan Akademik dan Profesional

Pada tahun 1824, Navier telah diterima masuk ke dalam Akademi Sains Perancis, sebuah kehormatan yang mengiktiraf sumbangan penting beliau kepada sains. Beliau seterusnya dilantik sebagai profesor di École Nationale des Ponts et Chaussées pada tahun 1830. Pada tahun berikutnya, 1831, beliau mengambil alih jawatan profesor kalkulus dan mekanik di École Polytechnique, menggantikan Augustin Louis Cauchy yang dibuang negeri. Sebagai penghormatan terhadap sumbangan kekalnya kepada sains dan kejuruteraan, nama beliau adalah antara 72 nama yang terukir di Menara Eiffel.

3.2. Kegagalan Pembinaan dan Kritikan

Walaupun sumbangan saintifiknya cemerlang, kerjaya kejuruteraan Navier tidak sepenuhnya tanpa cela. Reka bentuk Jambatan Invalides pada tahun 1824 terbukti menjadi kegagalan yang ketara. Jambatan tersebut didapati retak dan akhirnya terpaksa dirobohkan, menyebabkan reputasi Navier sebagai pembina jambatan terjejas teruk. Beliau menerima teguran keras daripada jawatankuasa kerajaan kerana terlalu bergantung pada matematik semata-mata, tanpa mengambil kira faktor keselamatan atau praktikal yang mencukupi dalam pembinaan. Insiden ini menyerlahkan cabaran dalam menterjemahkan teori matematik yang kompleks kepada aplikasi kejuruteraan praktikal pada zaman itu.

4.1. Kesan kepada Mekanik Bendalir

Penerbitan Persamaan Navier-Stokes oleh Navier pada tahun 1822 merupakan titik tolak dalam mekanik bendalir. Walaupun penyempurnaan lanjut dilakukan oleh George Gabriel Stokes, formulasi awal Navier menyediakan rangka kerja matematik penting untuk menggambarkan pergerakan bendalir likat. Persamaan ini kini menjadi asas kepada penyelidikan dan aplikasi dalam pelbagai bidang, termasuk hidrodinamik, aerodinamik, meteorologi, dan oseanografi. Ia penting untuk memahami aliran air dalam paip, pergerakan udara di sekitar sayap pesawat, dan dinamik cuaca serta arus laut.

4.2. Kesan kepada Analisis Struktur dan Sains Bahan

Kerja Navier dalam teori keelasticitan dan analisis struktur mempunyai kesan transformatif ke atas kejuruteraan awam dan mekanikal. Pembetulannya terhadap kesilapan Galileo mengenai kekuatan rasuk dan penetapan modulus keanjalan sebagai sifat bahan yang intrinsik memberikan jurutera alat yang lebih tepat untuk mereka bentuk dan menganalisis struktur. Sumbangannya membentuk asas untuk memahami bagaimana bahan berkelakuan di bawah tekanan dan tegangan, membolehkan pembinaan bangunan, jambatan, dan mesin yang lebih selamat dan cekap. Beliau dianggap sebagai pengasas analisis struktur moden, yang kaedahnya masih relevan dan digunakan secara meluas dalam amalan kejuruteraan hari ini.