历史上流体风云人物第（一）篇流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。在历史的洪流中，为流体力学做出巨大贡献的科学家们有很多，而你知道有哪些呢？ 亚里士多德（Aristotle,公元前384～前322） 古代先哲，古希腊人，世界古代史上伟大的哲学家、科学家和教育家之一，堪称希腊哲学的集大成者。亚里士多德的著作论述过力学问题。他已经具有正交情况下力平行四边形的概念。他解释杠杆理论说：距支点较远的力更易移动重物，因为它画出一个较大的圆。他把杠杆端点重物的运动分解为切向的（“合乎自然的”）运动和法向的（“违反自然的”）运动。亚里士多德关于落体运动的观点是：“体积相等的两个物体，较重的下落得较快”，他甚至说，物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。这个错误观点对后世影响颇大。 亚里士多德还认为：“凡运动的事物必然都有推动者在推着它运动”，但一个推一个不能无限地追溯上去，因而“必然存在第一推动者”，即存在超自然的神力。这里的运动是指一般意义下的运动，也包括力学运动在内。 ？！ 布拉休斯(Blasius of Parma，约1345～约1416) 意大利自然哲学家。布拉休斯在1913年发表的论文中,提出了计算紊流光滑管阻力系数的经验公式，即布拉修斯公式，柏拉修斯（Blasius）公式: λ=(0.3164)/Re^(0.25) ，适用范围Re=3×103～1×105该式形式简单，计算方便，在4000<Re<10^5范围内，适用于紊流光滑区，有极高的精度，得到广泛应用。 列奥纳多·迪·皮耶罗·达·芬奇(Leonardo di ser Piero da Vinci,1452～1519） 欧洲文艺复兴时期的科学家、发明家、画家，生物学家。作为水力学和流体力学的奠基人，在流体力学方面，他总结出河水的流速同河道宽度成反比，井用这一结论说明血液在血管中的流动。他还运用力学和机械原理设计了许多机器和器械，参加了运河、水利和建筑工程的设计和施工。他通过对鸟翼运动的研究，于1493年首次设计出一个飞行器。在此过程中他仔细思考了鸟类的飞翔提点，观察了水面波纹传播的规律，把兴趣的重点放在“涡漩(Eddy)”上。常态下的流体是稳定的，但是当流体的速度达到一定大小的时候，稳定性就会被破坏，形成“湍流”，“湍流”就是由一个个涡漩组成的。 达芬奇更加有趣的分析是关于液体的体积流量守恒原理：在同一管道中，相等的时间里流过的不同面积的横截面的流体体积是相同的。这个结论看似简单，其实暗含一个极其重要的假设：流体不可压缩。 伽利略（Galileo Galilei，1564～1642） 意大利数学家、物理学家、天文学家，科学革命的先驱。1589年左右，意大利科学家伽利略（Galileo）完成了世界上第一本完整的物理学教科书：《流体力学》。这本教科书很有特点，伽利略使用了讽刺喜剧般讲故事的方法来阐述他的观念，令读者感到大为好奇，产生了一定影响。 1612年，在流体静力学中应用了虚位移原理并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质密度的增大和速度的提高而增大。 埃万杰利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli，1608～1647） 意大利物理学家、数学家。1641年，意大利科学家托里拆利（Torricelli）设计了一个著名的实验来测定气体压力。他发现封闭真空水银管中的水银高度一直是76厘米，因为空气有重量，大气压力把水银压在了76厘米处，托里拆利深受伽利略影响。早在1628年，托里拆利的导师卡斯德利就写了一本关于流体力学的著作，托里拆利当即指出其中的一处重要错误。卡斯德利正是伽利略的学生。卡斯德利认为，如果在一个水箱侧面钻一个孔，那么小孔处水流速度与小孔距离水面的距离成正比。托里拆利的实验表明，应该是与距离的平方根成正比。托里拆利的学说产生了深远的影响，导致流体力学从力学中分离出来，成为了独立的一个学科。 布莱士·帕斯卡（Blaise Pascal，1623～1662） 法国数学家、物理学家、哲学家、散文家。在1653年帕斯卡提出流体能传递压力的定律，即帕斯卡定律，并利用这一原理制成水压机。他还制成注水器（syringe）,继承伽利略和E.托里拆利的大气压实验，发现大气压随高度变化。帕斯卡在实验后认为：密闭容器中流体任意一部分的压强向流体的各个方向传递，而且大小相等。帕斯卡定律的数学描述为：F1/A1 = F2/A2。F1,F2是施加在流体上面的力，A1,A2是施加力的作用面积。帕斯卡定律在液压传动方面有非常重要的意义。“帕斯卡”也变成了国际压强单位。 艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1643～1727） 英国皇家学会会长，英国著名的物理学家。牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。 牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说：流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力，如果其他都相同，与流体部分之间分离速度成比例。在此把符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的水和空气，不符合这一规律的称为非牛顿流体。 在给出平板在气流中所受阻力时，牛顿对气体采用粒子模型，得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确，但由于牛顿的权威地位，后人曾长期奉为信条。20世纪，T·卡门在总结空气动力学的发展时曾风趣地说，牛顿使飞机晚一个世纪上天。
伯努利(Daniel I Bernoulli ，1700～1782) 瑞士著名科学世家伯努利家族的重要成员之一。他的研究领域包括数学、力学、磁学、潮汐、洋流、行星轨道等。他曾与瑞士数学家L欧拉和苏格兰数学家C马克劳林合作撰写关于潮汐的论文并获奖。1738年他在施特拉斯堡出版了《水动力学》一书，奠定了这一学科的基础，并因此获得了极高的声望。他提出理想流体的能量守恒定律，即单位重量液体的位置势能、压力势能和动能的总和保持恒定，后即称为“伯努利定理”。在此基础上，他又阐述了水的压力、速度之间的关系，提出了流体速度增加则压力减小这一重要结论。伯努利在固体力学方面亦有很多论著，如1735年提出悬臂梁振动方程，1742年提出弹性振动理论中的叠加原理。 欧拉 (Leohard Euler，1707~1783) 瑞士数学家、力学家。他的著述涉及当时数学的各个领域，许多数学名词都是以欧拉命名的，如“欧拉积分”、“欧拉数”、各种“欧拉公式”等。 欧拉将数学方法用于力学，在力学各个领域中都有突出贡献：他是刚体动力学和流体力学的奠基者，弹性系统稳定性理论的开创人。在1736年出版的两卷集《力学或运动科学的分析解说》中，他考虑了自由质点和受约束质点的运动微分方程。欧拉在书中把力学解释为“运动的科学”不包括“平衡的科学”(即静力学)。 在研究刚体运动学和刚体动力学中，他得出了最基本的结果，其中有：刚体定点有限运动等价于绕过定点某一轴的转动；刚体定点运动可用三个角度(称为“欧拉角”)的变化来描述；刚体定点转动时角速度变化和外力矩的关系；定点刚体在不受外力矩时的运动规律，以及自由刚体的运动微分方程等。 这些成果均载于他的专著《刚体运动理论》(1765年)一书中。欧拉认为，质点动力学微分方程可以应用于液体(1750年)。他曾用两种方法来描述流体的运动，即分别根据空间固定点(1755年)和根据确定流体质点(1759年)描述流体速度场。这两种方法通常分别称为“欧拉表示方法”和“拉格朗日表示法”。欧拉奠定了理想流体(假设流体不可压缩，且其粘性可忽略)的运动理论基础，给出反映质量守恒的连续性方程(1752年)和反映动量变化规律的流体动力学方程(1755年)。欧拉研究过弦、杆等弹性系统的振动。他和伯努利一起分析过上端悬挂着的重链的振动以及相应的离散模型(挂有一串质量的线)的振动。他在伯努利的帮助下，得到弹性受压细杆在失稳后的挠曲线(elastica)的精确解。能使细杆产生这种挠曲的最小压力后被称为细杆的“欧拉临界负载荷”。欧拉在应用力学如弹道学、船舶理论、月球运动理论等方面也有研究。 让·勒朗·达朗贝尔（Jean le Rond d'Alembert，1717～1783） 法国著名的物理学家、数学家和天文学家。1743年，达朗贝尔在《动力学》一书中，提出了达朗贝尔原理，与牛顿第二定律相似，但其发展在于可以把动力学问题转化为静力学问题处理，还可以用平面静力的方法分析刚体的平面运动，这一原理使一些力学问题的分析简单化，而且为分析力学的创立打下了基础。达朗贝尔还对当时运动量度的争论提出了自己的看法，他认为两种量度是等价的，并提出了物体动量的变化与力的作用时间有关。 达朗贝尔第一次用微分方程表示场，同时提出了著名的达朗贝尔原理——流体力学的一个原理，虽然存在一些问题，但是达朗贝尔第一次提出了流体速度和加速度分量的概念。达朗贝尔的力学知识为天文学领域做出了重要贡献。同时达朗贝尔发现了流体自转时平衡形式的一般结果，关于地球形状和自转的理论。 拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange，1735~1813) 法国力学家、数学家。拉格朗日是分析力学的奠基人。他在所著《分析力学》(1788年)中，吸收并发展了欧拉、达朗贝尔等人的研究成果，应用数学分析来解决质点和质点系(包括刚体、流体)的力学问题。 拉格朗日继欧拉之后研究过理想流体的运动方程，并最先提出速度势和流函数的概念，成为流体无旋运动理论的基础。他在《分析力学》中从动力学普遍方程导出流体运动方程，着眼于流体质点，描述每个流体质点自始至终的运动过程，这种方法现在称为“拉格朗日方法”，以区别着眼于空间点的“欧拉方法”，但实际上这种方法欧拉也应用过。1764~1778年，他因研究月球平动等天体力学问题曾五次获法国科学院奖。在数学方面，拉格朗日是变分方法的奠基人之一；他对代数方程的研究为伽罗瓦群论的建立起了先导作用。 劳德.路易.纳维（Claude Louis Navier，1785－1836） 法国工程师和物理学家。流体力学中的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程，简写为N-S方程，就以他和斯托克斯的名字命名的。 纳维首次建立了可以用于工程实际的弹性理论的数学表达形式，第一次将这套理论用于建筑并达到足够的精度。1819年，纳维定义了应力零线，并最终修正了伽利略的错误结果。1826年，他提出弹性模量概念，并将它当作独立于二阶面矩的材料性质。由于这些贡献，纳维通常被认为是现代结构分析的奠基人。 泊肃叶(Jean-Louis-Marie Poi-seuille，1799～1869) 法国生理学家。泊肃叶在求学时代即已发明血压计用以测量狗主动脉的血压。他发表过一系列关于血液在动脉和静脉内流动的论文。1840-1841年发表的论文《小管径内液体流动的实验研究》对流体力学的发展起了重要作用。他在文中指出，流量与单位长度上的压力降并与管径的四次方成正比。这定律后称为泊肃叶定律。 以上为大家介绍的是19世纪的流体力学科学家们，想要知道19世纪之后还有哪些流体力学的科学家们敬请期待太泽透平下一期文章。 温馨提示 如果你喜欢本文，请分享到朋友圈，想要获得更多信息，请关注我
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