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流体力学在社会的发展和应用

摘要

流体力学作为力学的一门分支，在社会中有着非常重要的作用和极其广阔的应用前景。早至旧石器时

代，人们就已经开始了对流体力学的简单应用。经过几千年的发展，经过无数科学家的研究，流体力学已

渐渐成为一个完整、成熟的知识体系。它在土木工程、航空航天、化工工业、环境保护、石油能源等方面

得以应用并发挥了显著的作用。但在21世纪的今天，面对能源紧缺、环境污染等问题，如何发展这门学科，

使其发挥应有的作用已是我们不得不面对的问题。

一、关于流体力学的研究背景

流体力学是自然界中除固体以外存在的一种物质形式，它包括气体和液体，以流体作

为研究对象，以高等数学连续函数作为数学工具，采取实验分析与理论研究想结合的方法，

来研究流体处于平衡或运动状态时的力学规律及与边界间的相互作用规律的一门科学。流体

力学有着极其广泛的应用，是整个工程学和应用科学研究的核心和基础之一。流体力学对于

土木工程、航空航天、气象学、水利学、海洋学都占据着举足轻重的位置，对于当代的科学

家和工程师更是必不可少需要熟悉掌握的一部分。航空工业中飞机的制造需要空气动力学；

造船工业部门也要用到水动力学；水电站、火电站、核电站、地热电站，工作介质都是液体。

机械工业中的润滑、冷却、液压传动器都要用到流体力学的知识。冶金工业中炉内气体的流

动、冷却等，水利工程中的水资源运用、灌溉排水，化工流程、石油输送、环境保护、交通

运输等也都应用到了流动力学。因此，流体力学及其应用有着非常广阔的前景，研究流体力

学的应用对科学技术的进步和社会生活的发展也都起到了极其重要的推动作用。

二、流体力学在社会的发展

流体力学作为力学重要的一个分支学科，早在几千年前人们在农耕劳作、社会生活当中

就已经了解熟悉了其中的一些基本规律和原则。再到今天发展成一个成熟、完整的知识体系，

它经过了无数科学家的科学实验、推敲验证，是先辈们努力智慧的结晶。

2.1古时期的流体力学

在旧石器时代，古人就已经学会了运用一些木棒、石器打制一些简单的器具用来捕捉动

物、采摘果实等，在这个过程中，已经体现了尖劈原理的力学应用。新石器时代，人们对浮

力和反作用力的认识和应用已经非常熟悉了，在中国、荷兰、埃及等国发现的公元前5000

年钱的独木舟、宽翼等就是很好的例证。

而在我国古代春秋战国和秦朝，对于流体力学在实际操作中的应用更是驾轻就熟。先有

的灵渠、郑国渠再到后来的隋朝的京杭大运河都是古代劳动人民的智慧结晶。

2.2流体力学理论研究的先河

而最早真正把流体力学作为一门理论学科来研究并作出巨大贡献的则是古希腊伟大的

科学家阿基米德。在公元前3世纪，阿基米德发现了浮力定律并撰写了《论浮体》。在实际

生活中，阿基米德通过大量计算和分析制造了螺旋扬水机。这种螺旋扬水机，对当时农业的

发展起了很大作用；船舷里积水，也可以用它抽干，所以对航运业也有帮助。至今，人们还

将它称为“阿基米得螺旋”。在科学技术高度发达的今天，利用阿基米得螺旋的原理，制成

了各种器械用来传送小块固体、粉末、粘性液体，做成各种螺旋搅拌混合机械，在实际生活

中得到了广泛的利用。而在《论浮体》这本书中，阿基米德则得出了流体力学最重要最基础

的一条定律：“浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物

体排开的液体的重力。”并用数学公式表示：F浮=G排=ρ液g··V排液。这一定律成功奠定

了流体力学的基础，开创了流体力学理论研究的先河。

2.3流体力学的初步形成与发展

在这一时期，流体除了解决实际生活中的应用问题，在理论研究方面更是发展迅速。1678

年，牛顿研究在流体中运动物体所受的阻力，并建立牛顿粘性定律。

法国的传教士马略特在流体力学的研究方面作出了巨大的贡献。他在1686年发表了《论

水和其他流体的运动》。在这本书中，他讨论了液体与浮体的平衡，并解释了实验与理论研

究中的一些差异，给出了圆管流体压强的分布规律以及计算管壁压强的公式。马略特在对流

体力学理论和技术上的研究，大大推动了其发展。

1738年，丹尼尔·伯努利出版《流体动力学》，在这本书中他将力学中的活力守恒定理引

入了流体力学。他得出了最重要的结论伯努利定理即：p+ρgz+(1/2)*ρv^2=C，其中p、ρ、v

分别为流体的压强、密