早期研究流体力学的科学家们_朱彦.pdf

早期研究流体力学的科学家们 朱 彦（学号：103010093） Email: zhuyan_sky@ 摘要 谈及研究流体力学的科学家们，大多数学生都知道Isaac Newton 、Daniel Bernoulli、Leonhard Paul Euler 、 Joseph Louis Lagrange 等在17 世纪中叶，力学研究进入“黄金纪元”后的流体力学大师们。但是，在这些 大师们之前的几个世纪中，也有很多在流体力学上有着划时代性的成就的科学家，正是他们的潜心钻研， 才为后来的流体力学发展打下了坚实的基础，造就了众望所归的流体力学。然而，他们的成绩却被那些站 在他们的肩膀上的大师们的光辉所掩盖了，鲜为我们所知。本文就是介绍这些在Newton 时代之前的，对流 体力学研究有着卓越贡献科学家们。 一、引 论 1.1 生活中的流体力学 说到流体力学，非物理系的同学一定会认为它深奥无比，完全无法理解，其实它并没有 我们想象中的那么可怕。而且它与我们的生活息息相关，可以说我们人类的生活离不开流体， 也离不开流体力学，在我们的生活中处处能找到流体力学的影子。 例如在足球场上，有的球员可以踢出转弯的香蕉球，这看似很神奇，足球如何会自动转 弯呢？那是因为足球在向前运动的过程中海伴随着自转，由于球体表面是粗糙的，而且流体 是具有粘性的。所以最靠近球体表面的气体被球体带动向同一个方向运动，此时，便导致了 球体两侧的气体的速度差，由流体力学的基本定律——伯努利定律：对于不变的流场，在一 条流线上，流体质点的速度与这点的压强呈负相关。简而言之就是：流体流动速度快的一侧 压强小。这时气体流动的速度差就转变成了球体两侧的压强差，这就解释了为什么足球在离 开运动员的脚后还会自动的转弯。 还有一个有趣的现象，就是在倒啤酒时，把啤酒垂直地倒入杯中，总会发现倒了一大杯 泡沫，而没有多少真正的液体。为什么会产生这样的现象呢？就是因为啤酒液体柱在倒入杯 中时产生了不均匀的流动，使得上下两侧的气体产生了速度差，由伯努利定律我们可以知道 流速快的上表面的压强较小，从而使二氧化碳大量附着于液体上表面，随着液体倒入杯中。 这就解释了为什么啤酒快速倒入杯中会出现大量泡沫的现象。 流体力学是一门应用性极强的基础学科。它被大量应用于航空、航天、海洋、航运、大 气、水利等人们生产生活的各个方面。并且同其他学科一样，随着人们认识的不断加深和经 验的不断积累，为了满足人们生产生活的需要而形成并逐渐发展。 1.2 流体力学的发展简史 流体力学亦是一门古老的科学，流体力学的产生甚至可追溯到旧石器时代。按照著名流 体力学专家、北京大学周光坰教授的考证。将流体力学的发展大致分为五个阶段，分别是： （1）、第一时期——约公元前30 世纪至前20 世纪 在这一时期，人们发明了弓箭、石簇和骨针，更为重要的是人们知道在箭的尾部装一些 羽毛类似的配重物可以保持箭飞行时候的稳定性。并且由于各地的雨量不均匀，致使有些地 域出现了人工灌溉的工程。人们对独木舟、木浆的使用表明人们对浮力的认识已经达到了一 个相当成熟的阶段。 （2 ）、第二时期——公元前20 世纪至17 世纪下叶 在这一时期，各大文明古国繁荣发展，进入了有文字记载的时期。人们通过开凿运河、 治理河道、兴建水利和发展灌溉，积累了大量的关于水流的知识，为以后的流体力学研究打 好的坚实的基础。在公元前6 世纪之后，关于流体力学各个方面的研究在东方的中国和西方 的罗马、希腊同时展开了，出现了许多卓有成就的科学家，他们使流体力学的研究步入正轨， 取得了大量的成果，并留下了诸多有价值的文献。也正是他们的成绩，奠定了Newton 时代 流体力学的繁荣发展。 （3 ）、第三时期——17 世纪下叶至20 世纪初叶 1678 年，力学奠基人Isaac Newton （1643 年~1727 年）的《自然哲学的数学原理》的出 版标志着力学的历史将翻开新的一页。这首先要归功于他发明了被他自己称为“流数”的微 积分，其次，Newton 首先在他的著作的第二篇中，讨论了物体在阻尼介质中的运动，提出 阻力大小与物体速度的一次及二次方成正比的公式。还研究了气体的弹性和可压缩性，以及 空气中的