流体力学历史名人.docx

流体力学历史名人.docx

《流体力学历史名人.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体力学历史名人.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流体力学历史名人

阿基米德（Archimedes公元前约287～公元前约212）是古希腊伟大的数学家、物理学家，是静力学和流体力学的创始人．

他公元前287年生于希腊叙拉古附近的一个小村庄．父亲费吉亚是一位数学家和天文学家，是叙拉古王希隆的亲戚．他11岁时去埃及，到当时世界著名学术中心、被誉为“智慧之都”的亚历山大城学习，是著名数学家欧几里得的学生．公元前240年，阿基米德由埃及回到故乡叙拉古，并担任了国王的顾问．从此开始了对科学的全面探索，在物理学、数学等领域取得了举世瞩目的成果，成为古希腊最伟大的科学家之一．

一、阿基米德与物理学

阿基米德一改亚里士多德自然哲学时代重视哲学思辨和推测的风气，开始注意对具体科学技术领域中具体问题的研究，比较重视理论与实际应用的结合，是把技术实践和严密的数学推理结合起来进行静力学系统研究的第一人．

阿基米德一生有约40种发明．“阿基米德螺旋”直到现在仍被广泛应用于机械设计之中，凸轮的轮廓线若采用阿基米德螺旋线，就可以把匀速园周运动转化为匀速直线运动．他设计制造的“行星仪”，包括太阳、月亮、地球和当时人们已知的五大行星模型，能逼真地表现出诸天体运行情况，甚至可以表现日蚀和月蚀．他利用杠杆原理制造的“抛石机”，在当时的战争中曾起到了重要作用．

　　阿基米德在物理学方面最突出的贡献是证明了静力学中的杠杆原理和流体力学中的浮力定律．

　　阿基米德经过实际观察和实验，并从数学上严格证明了现今仍被广泛运用的“重量比等于距离反比”的杠杆原理．他曾自豪地说：

“假如给我一个支点，我就能推动地球．”国王听后大为惊奇，要他把主张付诸实施，表演一下怎样用微小的力去移动很重的物体．当时国王曾叫人建造了一艘大船，可是，无论如何也无法推其下水．阿基米德对国王说，就让我来把这艘大船拉下水吧．他设计了一套杠杆滑轮系统，利用这套系统只要施加很小的力就能把很重的物体拉动．一切准备就绪后他将绳的一头交给了国王，国王轻轻地拉动绳子，大船就缓慢地移动了，最后终于滑了下去．这情景使在场的人无不目惊口呆，人们奔走相告，一时成了轰动全国的新闻．国王还为此特发布告称：

“从今以后，凡是阿基米德所说的话，务须一律听从．”

　　关于阿基米德如何发现浮力定律——阿基米德定律一事，著名的古罗马建筑学家维持维特鲁维阿曾讲过一个后世流传甚广的阿基米德为国王鉴定金王冠的故事．直到现在这一定律仍然被所有中学物理教材列为最古老的物理定律．至于这一定律发现过程中的传奇色彩，似应着重从“长期积累，偶然所得”角度来理解．叙拉古是个著名的港口，阿基米德作为工程师经常接触诸如船重吃水深一类事物．若没有经验的长期积累，仅靠偶然机遇是很难有所发现的．况且在其著作《论浮体》中，该结论是从理想模型出发经过严密的数学推导而得出的．这一点正反映了阿基米德的治学特点．

　　公元前212年，阿基米德死于罗马士兵之手，这件事情涉及到当时发生的一场战争．那是在公元前218年，在地中海发生了第二次罗马与迦太基之间的战争．罗马的统帅认为叙拉古处在意大利半岛和迦太基之间，是地中海的中心，战略位置非常重要，于是派了一个富有作战经验的著名将领马赛拉斯运河进攻叙拉古．叙拉古人民不甘心忍受外族侵略，同仇敌忾，顽强抗敌，在阿基米德指导下，制造制造了抛石机等许多防御和进攻的武器，英勇战斗、重创罗马军队，守城达到年之久．公元前212年的一天，当叙拉古人民正在庆祝他们一年一度的阿尔杰米达节时，马赛拉斯乘机命令士兵通过一道冷僻的城甬用云梯偷偷爬进了城．罗马士兵冲入城内，闯进了阿基米德的房间．当时阿基米德正在全神贯注地研究一个几何图形、面对罗马士兵的屠刀、他毫不畏惧、镇静自若的对罗马士兵说，再给我一点时间，让我证完这条定理，以免给后人留下一道尚未证完的问题．并高声斥责罗马士兵说“不要碰我的图纸！

”士兵认为这句话损害了他作为胜利者的威严，尽管在破城之后马赛拉斯曾下令不得伤害阿基米德，但凶残的罗马士兵还是以剑刺向这位75岁的老人，伟大学者倒在血泊之中．马赛拉斯为了笼络人心，下令处死了杀害阿基米德的凶手，对阿基米德的家属作了安顿，并为他修了一座颇为壮观的坟墓，根据其生前遗愿，在墓碑上铭刻了球内切于园柱的图形．

二、数学之神——阿基米德

阿基米德在数学上也有着极为光辉灿烂的成就．他证明了园周率π介于3（1/7）和3（10/71）之间．他利用独特的类似于后来牛顿、莱布尼兹的积分法，解决了许多复杂形状物体的体积和表面积的计算问题．使他自己最得意的成就是他证实了正园柱体体积与其内切球体积之比和它们的表面积之比具有同样的数值，都是3/2，为此他请求在他去世以后，在他的墓碑上刻一个正园柱体和它的内切球的图形．

阿基米德流传至今的著作共只有十来部，多数是几何著作，这对于推动数学的发展，起着决定性的作用．

　　《砂粒计算》，是专讲计算方法和计算理论的一本著作．阿基米德要计算充满宇宙大球体内的砂粒数量，他运用了很奇特的想象，建立了新的量级计数法，确定了新单位，提出了表示任何大数量的模式，这与对数运算是密切相关的．

　　《圆的度量》，利用圆的外切与内接９６边形，求得圆周率π为：

２２／７＜π＜２２３／７１，这是数学史上最早的，明确指出误差限度的π值．他还证明了圆面积等于以圆周长为底、半径为高的正三角形的面积；使用的是穷举法．

　　《球与圆柱》，熟练地运用穷竭法证明了球的表面积等于球大圆面积的四倍；球的体积是一个圆锥体积的四倍，这个圆锥的底等于球的大圆，高等于球的半径．阿基米德还指出，如果等边圆柱中有一个内切球，则圆柱的全面积和它的体积，分别为球表面积和体积的．在这部著作中，他还提出了著名的"阿基米德公理"．

　　《抛物线求积法》，研究了曲线图形求积的问题，并用穷竭法建立了这样的结论：

"任何由直线和直角圆锥体的截面所包围的弓形（即抛物线），其面积都是其同底同高的三角形面积的三分之四．"他还用力学权重方法再次验证这个结论，使数学与力学成功地结合起来．

　　《论螺线》，是阿基米德对数学的出色贡献．他明确了螺线的定义，以及对螺线的面积的计算方法．在同一著作中，阿基米德还导出几何级数和算术级数求和的几何方法．

　　《平面的平衡》，是关于力学的最早的科学论著，讲的是确定平面图形和立体图形的重心问题．

　　《浮体》，是流体静力学的第一部专著，阿基米德把数学推理成功地运用于分析浮体的平衡上，并用数学公式表示浮体平衡的规律．

　　《论锥型体与球型体》，讲的是确定由抛物线和双曲线其轴旋转而成的锥型体体积，以及椭圆绕其长轴和短轴旋转而成的球型体体积．

　　丹麦数学史家海伯格，于１９０６年发现了阿基米德给厄拉托塞的信及阿基米德其它一些著作的传抄本．通过研究发现，这些信件和传抄本中，蕴含着微积分的思想，他所缺的是没有极限概念，但其思想实质却伸展到１７世纪趋于成熟的无穷小分析领域里去，预告了微积分的诞生．

正因为他的杰出贡献，美国的E.T.贝尔在《数学人物》上是这样评价阿基米德的：

任何一张开列有史以来三个最伟大的数学家的名单之中，必定会包括阿基米德，而另外两们通常是牛顿和高斯．不过以他们的宏伟业绩和所处的时代背景来比较，或拿他们影响当代和后世的深邃久远来比较，还应首推阿基米德．

.

雷诺（OsborneReynolds1842～1912）

     德国力学家、物理学家、工程师。

1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。

早年在工场做技术工作，1867年毕业于剑桥大学王后学院。

1868年起任曼彻斯特欧文学院工程学教授，1877年当选为皇家学会会员。

1888年获皇家奖章。

雷诺在流体力学方面最主要的贡献是发现流动的相似律，他引入表征流动中流体惯性力和粘性力之比的一个量纲为1的数，即雷诺数。

对于几何条件相似的各个流动，即使它们的尺寸、速度、流体不同，只要雷诺数相同，则这个流动是动力相似的。

1851年G．G．斯托克斯已认识到这个比数的重要性。

1883年雷诺通过管道中平滑流线性型流动（层流）向不规则带旋涡的流动（湍流）过渡的实验，阐明了这个比数的作用。

在雷诺以后，分析有关的雷诺数成为研究流体流动特别是层流向湍流过渡的一个标准步骤。

此外，雷诺还给出平面渠道中的阻力；提出轴承的润滑理论（1886）；研究河流中的波动和潮汐，阐明波动中群速度概念；将许多单摆上端串联且均匀分布在一紧张水平弦线上以演示群速度；指出气流超声速地经管道最小截面时的压力（临界压力）（1885）。

引进湍流中有关应力概念（1895），还从分子模型解释了剪胀（dilatancy）的机理等。

在物理学和工程学方面，雷诺解释了辐射计的作用；作过热的力学当量的早期测定；研究过固体和液体的凝聚作用和热传导，从而导致锅炉和凝结器的根本改造，研究过涡轮泵，使它的应用得到迅速发展。

欧拉（LeohardEuler1707~1783） 

      瑞士数学家、力学家。

1707年4月15日生于瑞士巴塞尔，1783年9月13日卒于俄国彼得堡。

1727年，欧拉接受丹尼尔第一·伯努利的建议，到俄国彼得堡科学院工作，1733年起继丹尼尔第一·伯努利任该院数学部主任。

1735年因劳累导致右目失明。

1741年应邀到德国任柏林科学院院士，在柏林25年间写了大量著作，其中大部分送彼得堡科学院发表，1766年回俄国，不久全盲，但仍继续从事科学研究，如对当时的难题月球运动理论的综合研究。

成果由他口述，在大石板上书写数学式，并由其子笔录。

欧拉一生虽历尽挫折，仍勤奋工作终身。

逝世当天下午，还在石板上进行演算，黄昏进餐时讨论计算新发现的天王星轨道的方案，夜晚中风去世。

欧拉是18世纪著述最多的数学家，他的著述涉及当时数学的各个领域，许多数学名词是以欧拉命名的，如欧拉积分、欧拉数、各种欧拉公式等。

他同他的后继者J.-L.拉格朗日一起完成了数学由用综合方法到用分析方法的过渡，但两人在风格上迥然不同，欧拉以具体、细致著称，拉格朗日则以善于抽象、概括见长。

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。

在力学原理方面，欧拉赞成P.LM.de马保梯的最小作用原理。

在研究刚体运动学和刚体动力学中，他得出最基本的结果，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（称为定点运动的欧拉情况，这一成果1834年由L.潘索作出几何解释），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）一书中。

欧拉认为，质点动力学微分方程可以应用于液体（1750）。

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）和根据确定流体质点（1759）描述流体速度场。

这两种方法通常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）和反映动量变化规律的流体动力学方程（1755）。

欧拉研究过弦、杆等弹性系统的振动。

他和丹尼尔第一·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。

他在丹尼尔第一·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。

欧拉写有专著和论文800多种。

1911年起出版《欧拉全集》计划出74卷，已出72卷。

他的著作大部分是用拉丁文写的。

拉格朗日（