對(duì)流體力學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)的杰出歷史人物

2017-02-27  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

伯努利(Daniel I Bernoulli ,1700~1782年)

瑞士著名科學(xué)世家伯努利家族的重要成員之一。1700年1月29日出生于荷蘭的格羅寧根。1782年3月17日卒于格羅寧根,終生獨(dú)身。1726~1733年在俄國(guó)圣彼堡科學(xué)院主持?jǐn)?shù)學(xué)部。伯努利具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和敏銳的洞察力,解決問(wèn)題往往表現(xiàn)出他的獨(dú)創(chuàng)性。1725~1749年間,他曾十次獲得法國(guó)科學(xué)院的獎(jiǎng)金。第一次獲獎(jiǎng)時(shí)僅24歲,當(dāng)時(shí)他設(shè)計(jì)了一架用于海上測(cè)定時(shí)間的漏壺。他的研究領(lǐng)域包括數(shù)學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、潮汐、洋流、行星軌道等。他曾與瑞士數(shù)學(xué)家L歐拉和蘇格蘭數(shù)學(xué)家C馬克勞林合作撰寫(xiě)關(guān)于潮汐的論文并獲獎(jiǎng)。

1738年他在施特拉斯堡出版了《水動(dòng)力學(xué)》一書(shū),奠定了這一學(xué)科的基礎(chǔ),并因此獲得了極高的聲望。他提出理想流體的能量守恒定律,即單位重量液體的位置勢(shì)能、壓力勢(shì)能和動(dòng)能的總和保持恒定,后即稱(chēng)為“伯努利定理”。在此基礎(chǔ)上,他又闡述了水的壓力、速度之間的關(guān)系,提出了流體速度增加則壓力減小這一重要結(jié)論。伯努利在固體力學(xué)方面亦有很多論著,如1735年提出懸臂梁振動(dòng)方程,1742年提出彈性振動(dòng)理論中的疊加原理。

歐拉 (Leohard Euler,1707~1783年)

瑞士數(shù)學(xué)家、力學(xué)家。1707年4月15日生于瑞士巴塞爾,1783年9月13日卒于俄國(guó)彼得堡。1727年,歐拉接受伯努利的建議,到俄國(guó)彼得堡科學(xué)院工作,1733年起繼伯努利擔(dān)任該院數(shù)學(xué)部主任。1735年因勞累導(dǎo)致右目失明。1741年應(yīng)邀到德國(guó)任柏林科學(xué)院院士,在柏林的25年間撰寫(xiě)了大量著作,其中大部分送彼得堡科學(xué)院發(fā)表。1766年回俄國(guó),不久全盲,但仍繼續(xù)從事科學(xué)研究,如對(duì)當(dāng)時(shí)的難題—月球運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)行的綜合研究。研究成果由他口述,在大石板上書(shū)寫(xiě)數(shù)學(xué)式,再由其子筆錄。歐拉一生雖歷盡挫折,但仍勤奮工作終身。逝世當(dāng)天下午,他還在石板上進(jìn)行演算,黃昏進(jìn)餐時(shí)討論計(jì)算新發(fā)現(xiàn)的天王星軌道的方案,夜晚中風(fēng)去世。

歐拉是18世紀(jì)著述最多的數(shù)學(xué)家,他的著述涉及當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,許多數(shù)學(xué)名詞都是以歐拉命名的,如“歐拉積分”、“歐拉數(shù)”、各種“歐拉公式”等。他同他的后繼者J.-L.拉格朗日一起完成了數(shù)學(xué)由用綜合方法到用分析方法的過(guò)渡。但是,兩人在風(fēng)格上迥然不同,歐拉以具體、細(xì)致著稱(chēng),拉格朗日則以善于抽象、概括見(jiàn)長(zhǎng)。

歐拉將數(shù)學(xué)方法用于力學(xué),在力學(xué)各個(gè)領(lǐng)域中都有突出貢獻(xiàn):他是剛體動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)的奠基者,彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的開(kāi)創(chuàng)人。在1736年出版的兩卷集《力學(xué)或運(yùn)動(dòng)科學(xué)的分析解說(shuō)》中,他考慮了自由質(zhì)點(diǎn)和受約束質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程。歐拉在書(shū)中把力學(xué)解釋為“運(yùn)動(dòng)的科學(xué)”不包括“平衡的科學(xué)”(即靜力學(xué))。

在研究剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)中,他得出了最基本的結(jié)果,其中有:剛體定點(diǎn)有限運(yùn)動(dòng)等價(jià)于繞過(guò)定點(diǎn)某一軸的轉(zhuǎn)動(dòng);剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可用三個(gè)角度(稱(chēng)為“歐拉角”)的變化來(lái)描述;剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角速度變化和外力矩的關(guān)系;定點(diǎn)剛體在不受外力矩時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以及自由剛體的運(yùn)動(dòng)微分方程等。

這些成果均載于他的專(zhuān)著《剛體運(yùn)動(dòng)理論》(1765年)一書(shū)中。歐拉認(rèn)為,質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)微分方程可以應(yīng)用于液體(1750年)。他曾用兩種方法來(lái)描述流體的運(yùn)動(dòng),即分別根據(jù)空間固定點(diǎn)(1755年)和根據(jù)確定流體質(zhì)點(diǎn)(1759年)描述流體速度場(chǎng)。這兩種方法通常分別稱(chēng)為“歐拉表示方法”和“拉格朗日表示法”。歐拉奠定了理想流體(假設(shè)流體不可壓縮,且其粘性可忽略)的運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ),給出反映質(zhì)量守恒的連續(xù)性方程(1752年)和反映動(dòng)量變化規(guī)律的流體動(dòng)力學(xué)方程(1755年)。歐拉研究過(guò)弦、桿等彈性系統(tǒng)的振動(dòng)。他和伯努利一起分析過(guò)上端懸掛著的重鏈的振動(dòng)以及相應(yīng)的離散模型(掛有一串質(zhì)量的線(xiàn))的振動(dòng)。他在伯努利的幫助下,得到彈性受壓細(xì)桿在失穩(wěn)后的撓曲線(xiàn)(elastica)的精確解。能使細(xì)桿產(chǎn)生這種撓曲的最小壓力后被稱(chēng)為細(xì)桿的“歐拉臨界負(fù)載荷”。歐拉在應(yīng)用力學(xué)如彈道學(xué)、船舶理論、月球運(yùn)動(dòng)理論等方面也有研究。

歐拉寫(xiě)有專(zhuān)著和論文800多種。1911年起出版《歐拉全集》計(jì)劃出74卷,已出72卷。他的著作大部分是用拉丁文寫(xiě)的。

拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange ,1735~1813年)

法國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1736年1月25日生于意大利都靈,1813年4月10日卒于巴黎。

拉格朗日20歲以前在都靈炮兵學(xué)校教數(shù)學(xué)課。1756年被選為柏林科學(xué)院外籍院士。1766年赴柏林科學(xué)院接替L歐拉,擔(dān)任物理數(shù)學(xué)部主任,直到1787年離開(kāi)柏林到巴黎定居為止。1789年法國(guó)革命后,他從事度量衡米制改革,擔(dān)任法國(guó)經(jīng)度局*委員,并講授課程。1795年巴黎綜合工科學(xué)校成立,他和該校創(chuàng)立者G蒙日(1746~1818年)一起擔(dān)任主要的數(shù)學(xué)教員。他被拿破侖任命為參議員,封為伯爵,死后葬于巴黎先賢祠。

拉格朗日是分析力學(xué)的奠基人。他在所著《分析力學(xué)》(1788年)中,吸收并發(fā)展了歐拉、達(dá)朗貝爾等人的研究成果,應(yīng)用數(shù)學(xué)分析來(lái)解決質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系(包括剛體、流體)的力學(xué)問(wèn)題。

拉格朗日繼歐拉之后研究過(guò)理想流體的運(yùn)動(dòng)方程,并最先提出速度勢(shì)和流函數(shù)的概念,成為流體無(wú)旋運(yùn)動(dòng)理論的基礎(chǔ)。他在《分析力學(xué)》中從動(dòng)力學(xué)普遍方程導(dǎo)出流體運(yùn)動(dòng)方程,著眼于流體質(zhì)點(diǎn),描述每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)自始至終的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,這種方法現(xiàn)在稱(chēng)為“拉格朗日方法”,以區(qū)別著眼于空間點(diǎn)的“歐拉方法”,但實(shí)際上這種方法歐拉也應(yīng)用過(guò)。1764~1778年,他因研究月球平動(dòng)等天體力學(xué)問(wèn)題曾五次獲法國(guó)科學(xué)院獎(jiǎng)。在數(shù)學(xué)方面,拉格朗日是變分方法的奠基人之一;他對(duì)代數(shù)方程的研究為伽羅瓦群論的建立起了先導(dǎo)作用。

* 注:自從人類(lèi)知道地球是圓球之后,就提出了經(jīng)度和緯度這個(gè)概念。緯度測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單些,天上的星星隨著地球的自轉(zhuǎn)自東向西運(yùn)動(dòng)著,海員們就可以在夜晚通過(guò)測(cè)量北極星和其他一些星體的位置來(lái)判斷自己所處的緯度。但經(jīng)度測(cè)量則相當(dāng)麻煩,人們無(wú)法像測(cè)量緯度那樣來(lái)測(cè)量經(jīng)度。18世紀(jì)初葉,英國(guó)國(guó)會(huì)成立了經(jīng)度委員會(huì),法國(guó)成立了經(jīng)度局,分別負(fù)責(zé)解決經(jīng)度測(cè)量這難題。

斯托克斯(George Gabriel stokes,1819~1903年)

英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1819年8月13日生于斯克林,1903年2月1日卒于劍橋。

斯托克斯從1849年起在劍橋大學(xué)任盧卡斯數(shù)學(xué)教授,1851年當(dāng)選皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,1854年起任學(xué)會(huì)書(shū)記,30年后被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。斯托克斯為繼牛頓之后任盧卡斯數(shù)學(xué)教授、皇家學(xué)會(huì)書(shū)記、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)這三項(xiàng)職務(wù)的第二個(gè)人。

斯托克斯的主要貢獻(xiàn)是對(duì)粘性流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究。納維爾從分子假設(shè)出發(fā),將歐拉關(guān)于流體運(yùn)動(dòng)方程推廣,1821年獲得帶有一個(gè)反映粘性的常數(shù)的運(yùn)動(dòng)方程。1845年斯托克斯從改用連續(xù)系統(tǒng)的力學(xué)模型和牛頓關(guān)于粘性流體的物理規(guī)律出發(fā),在《論運(yùn)動(dòng)中流體的內(nèi)摩擦理論和彈性體平衡和運(yùn)動(dòng)的理論》中給出粘性流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組,其中含有兩個(gè)常數(shù),這組方程后稱(chēng)“納維爾-斯托克斯方程”,它是流體力學(xué)中最基本的方程組。1851年,斯托克斯在《流體內(nèi)摩擦對(duì)擺運(yùn)動(dòng)的影響》的研究報(bào)告中提出球體在粘性流體中作較慢運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力的計(jì)算公式,指明阻力與流速和粘滯系數(shù)成比例,這是關(guān)于阻力的“斯托克斯公式”。斯托克斯發(fā)現(xiàn)流體表面波的非線(xiàn)性特征,其波速依賴(lài)于波幅,并首次用攝動(dòng)方法處理了非線(xiàn)性波問(wèn)題(1847年)。

斯托克斯對(duì)彈性力學(xué)也有研究,他指出各向同性彈性體中存在兩種基本抗力,即體積壓縮的抗力和對(duì)剪切的抗力,明確引入壓縮剛度的剪切剛度(1845年),證明彈性縱波是無(wú)旋容脹波(?),彈性橫波是等容畸變波(1849年)。

斯托克斯還在數(shù)學(xué)方面以場(chǎng)論中關(guān)于線(xiàn)積分和面積分之間的一個(gè)轉(zhuǎn)換公式(斯托克斯公式)而聞名。

馬赫(Ernst Mach,1838~1916年)

奧地利物理學(xué)家和哲學(xué)家。1838年12月18日生于摩拉維亞(今捷克斯洛伐克境內(nèi)),1916年2月19日卒于德國(guó)哈爾。馬赫早年就讀于維也納大學(xué),1860年以放電和電感應(yīng)方面的論文獲得博士學(xué)位,六年后任該校物理教授,以后轉(zhuǎn)入布拉格大學(xué)并長(zhǎng)期在那里工作。他在力學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)以及哲學(xué)方面都有貢獻(xiàn)。

馬赫用紋影技術(shù)研究飛行拋射體的工作最為人們所熟知,他在1887年起的幾篇論文中指出,在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出以聲速c傳播的球面擾動(dòng)波,當(dāng)物體的速度v大于 c時(shí),擾動(dòng)波的波前形成以物體為頂點(diǎn)的錐形包絡(luò)面(即所謂的“馬赫錐”),錐面母線(xiàn)與物體運(yùn)動(dòng)方向所形成的角度α與v、c的關(guān)系是sinα = c / v。1907年,L普朗特首次稱(chēng)該錐角為“馬赫角”。1929年J阿克萊特鑒于比值v/c在空氣動(dòng)力學(xué)研究中日益顯示出重要性,建議用術(shù)語(yǔ)“馬赫數(shù)”表示這一比值。上世紀(jì)30年代末,“馬赫數(shù)”被引入英語(yǔ)文獻(xiàn),至今已成為表征流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。

作為一個(gè)哲學(xué)家,馬赫對(duì)當(dāng)時(shí)物理學(xué)的許多基本觀點(diǎn)持懷疑態(tài)度。他在其重要著作《力學(xué)》中對(duì)經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀作了深刻的批判。他的思想對(duì)A愛(ài)因斯坦創(chuàng)立廣義相對(duì)論起了一定的作用。廣義相對(duì)論是對(duì)經(jīng)典力學(xué)基本觀念的徹底革新。馬赫在《力學(xué)》中對(duì)力學(xué)史的研究也做出了貢獻(xiàn)。此外,他在該書(shū)中闡明了他的哲學(xué)觀點(diǎn),認(rèn)為物體只是許多感覺(jué)"要素"的復(fù)合。但列寧在《唯物主義和經(jīng)驗(yàn)批判主義》(1909年)中對(duì)馬赫的哲學(xué)觀點(diǎn)作了批判。

雷諾(O. Reynolds,1842-1912年)

英國(guó)力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師。1842年8月23日生于北愛(ài)爾蘭。1867年畢業(yè)于劍橋大學(xué)王后學(xué)院。1868年出任曼徹斯特歐文學(xué)院(后改名為維多利亞大學(xué))的首席工程學(xué)教授。1877年當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1888年獲皇家勛章。雷諾是一位杰出的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家。他于1883年發(fā)表了一篇經(jīng)典性論文——《決定水流為直線(xiàn)或曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件以及在平行水槽中的阻力定律的探討》。這篇文章以實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明水流分為層流與紊流兩種形態(tài),并提出以無(wú)量綱數(shù)Re(后被稱(chēng)為“雷諾數(shù)”)作為判別兩種流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

雷諾于1886年提出軸承的潤(rùn)滑理論,1895年在湍流中引入有關(guān)應(yīng)力的概念。雷諾興趣廣泛,一生著作很多,其中近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的影響。這些論文研究的內(nèi)容包括力學(xué)、熱力學(xué)、電學(xué)、航空學(xué)、蒸汽機(jī)特性等。他的成果曾匯編成《雷諾力學(xué)和物理學(xué)課題論文集》兩卷。

普朗特(Ludwig Prandtl,1875~1953年)

德國(guó)物理學(xué)家,近代力學(xué)奠基人之一。1875年2月4日生于弗賴(lài)辛。于1913~1918年間提出了舉力線(xiàn)理論和最小誘導(dǎo)阻力理論,后又提出舉力面理論等。1925年以后建立威廉皇家流體力學(xué)研究所,并兼任所長(zhǎng)。以后改所改名為普朗特流體力學(xué)研究所。

普朗特的母親常年患病,因此普朗特的少年時(shí)期更多的時(shí)間是與父親一起度過(guò)的。普朗特的父親是個(gè)工學(xué)教授,與父親在一起的生活經(jīng)歷使普朗特養(yǎng)成了觀察自然、仔細(xì)體味的習(xí)慣。1894年普朗特進(jìn)入慕尼黑技術(shù)學(xué)院(Technische Hochschule Munich)學(xué)習(xí),6年后獲得博士學(xué)位。普朗特在慕尼黑的工作是在固體力學(xué)范疇內(nèi),主要是設(shè)計(jì)一種工廠中使用的設(shè)備。在那里他第一次介入流體力學(xué)領(lǐng)域——當(dāng)時(shí)他要設(shè)計(jì)一種吸出裝置,在經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)對(duì)比后,他設(shè)計(jì)出一種流量更高、能耗更小的裝置。

他在邊界層理論、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)、機(jī)翼理論、紊流理論等方面都做出了重要的貢獻(xiàn),被稱(chēng)作空氣動(dòng)力學(xué)之父。普朗特與蒂瓊合著的《應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)》于1931年出版。他的專(zhuān)著《流體力學(xué)概論》于1942年出版,中文譯本在1974年出版。他的力學(xué)論文匯編為3卷本《全集》,于1961年出版。

他創(chuàng)立了邊界層理論、薄翼理論、升力線(xiàn)理論,研究了超聲速流動(dòng),提出“普朗特-葛勞渥法則”,并與他的學(xué)生梅耶(Meyer)一起研究了膨脹波現(xiàn)象(即“普朗特-梅耶流動(dòng)”),并首次提出超聲速?lài)姽茉O(shè)計(jì)方法。普朗特的開(kāi)創(chuàng)性工作,將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)研究統(tǒng)一起來(lái),因而被稱(chēng)為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。除了在流體力學(xué)中的研究工作,他還培養(yǎng)了很多著名科學(xué)家,其中包括馮?卡門(mén)、梅耶等著名流體力學(xué)家,對(duì)我國(guó)流體力學(xué)研究做出奠基工作的陸士嘉教授也曾是普朗特的學(xué)生。

馮?卡門(mén) (Theodore von Kármán,1881~1963年)

馮?卡門(mén)出生在奧匈帝國(guó)布達(dá)佩斯一個(gè)猶太家庭,他曾在布達(dá)佩斯的時(shí)稱(chēng)皇家技術(shù)大學(xué)(即現(xiàn)在的布達(dá)佩斯技術(shù)經(jīng)濟(jì)大學(xué))學(xué)習(xí)工程。1902年畢業(yè)后,他師從于哥廷根大學(xué)的路德維希?普朗特。1911年他歸納出鈍體阻力理論,即著名的“卡門(mén)渦街”理論。這個(gè)理論大大改變了當(dāng)時(shí)公認(rèn)的氣動(dòng)力原則。這一研究后來(lái)很好的解釋了1940年華盛頓州塔科馬海峽橋在大風(fēng)中倒塌的原因。1912年,馮?卡門(mén)成為亞琛工業(yè)大學(xué)氣動(dòng)力研究所所長(zhǎng)。1915~1918年,在奧匈帝國(guó)軍隊(duì)的服役中止了他在亞琛工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)早期直升機(jī)的生活。

1930年,馮?卡門(mén)移居美國(guó),指導(dǎo)古根海姆氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室和加州理工大學(xué)第一個(gè)風(fēng)洞的設(shè)計(jì)和建設(shè)。在擔(dān)任該實(shí)驗(yàn)室主任期間,他還提出了附面層控制的理論,1935年又提出了未來(lái)的超聲速阻力的原則。1938年,馮?卡門(mén)指導(dǎo)美國(guó)進(jìn)行第一次超聲速風(fēng)洞試驗(yàn),發(fā)明了噴氣助推起飛技術(shù),使美國(guó)成為第一個(gè)在飛機(jī)上使用火箭助推器的國(guó)家。

科學(xué)成就的大小往往與科學(xué)家本人的個(gè)性品質(zhì)相聯(lián)系?？ㄩT(mén)的成功一部分得益于他那開(kāi)朗幽默、獨(dú)立民主的性情。 作為一名偉人,顯貴、闊佬、軍政領(lǐng)袖都竭力想與他交朋友,卡門(mén)也樂(lè)意與他們交往,他是屬于上流社會(huì)的。然而,卡門(mén)并不是個(gè)勢(shì)利小人,他會(huì)毫不遲疑地把一個(gè)花匠介紹給達(dá)官顯貴們,并且一視同仁。他曾說(shuō)過(guò),愛(ài)因斯坦誠(chéng)懇而善良的靈魂正是他所畢生追求的?？ㄩT(mén)幽默風(fēng)趣,爽朗而又健談。他樂(lè)于談?wù)擄L(fēng)流韻事,且會(huì)出其不意地說(shuō)些稀奇古怪的片斷。他那詼諧的腔調(diào)常常逗得那些嚴(yán)肅古板的人都捧腹大笑。卡門(mén)還善于把享樂(lè)和事業(yè)結(jié)合起來(lái)。他有一種特殊能力,表面上從事某種活動(dòng),腦海里卻進(jìn)行著自己的科學(xué)思考。他常會(huì)在聚會(huì)中溜走一兩個(gè)小時(shí),去推導(dǎo)一個(gè)方程或擬寫(xiě)一篇論文,然后再若無(wú)其事地回來(lái),重拾他的話(huà)題?？ㄩT(mén)這種開(kāi)朗奔放、無(wú)拘無(wú)束的性格也反映在他的教書(shū)育人上。他認(rèn)為,師生之間沒(méi)有貴賤之分,只是貢獻(xiàn)和學(xué)歷上的差別,而且教與學(xué)是相長(zhǎng)的。在教學(xué)方法上,他主張采用簡(jiǎn)單直觀的方式,略去次要細(xì)節(jié),抓住本質(zhì),采用形象的比擬和直觀的圖解,并要根據(jù)學(xué)生的平均水平進(jìn)行講解。

1939年,馮?卡門(mén)要求他的學(xué)生錢(qián)學(xué)森把兩大命題作為他的博士論文的研究課題,從而建立嶄新的“亞音速”空氣動(dòng)力學(xué)和“超音速”空氣動(dòng)力學(xué)。而其中一個(gè)命題就是著名的“卡門(mén)-錢(qián)公式”。這個(gè)公式是由馮?卡門(mén)提出命題,錢(qián)學(xué)森做出結(jié)果的。它是對(duì)亞聲速氣流中空氣壓縮性對(duì)翼型壓強(qiáng)分布情況的計(jì)算,是“一種計(jì)算高速飛行著的飛機(jī)機(jī)翼表面壓力分布情況”的科學(xué)公式。這個(gè)公式第一次發(fā)現(xiàn)了在可壓縮的氣流中,機(jī)翼在亞音速飛行時(shí)的壓強(qiáng)和速度之間的定量關(guān)系。通俗地說(shuō)來(lái),就是要回答當(dāng)飛機(jī)的飛行速度接近每秒為340米的音速時(shí),空氣的可壓縮性對(duì)機(jī)翼和機(jī)身的升力的影響究竟有多大?“卡門(mén)-錢(qián)公式”回答了這個(gè)問(wèn)題,準(zhǔn)確的表達(dá)了這種量的關(guān)系,并且為實(shí)驗(yàn)所證明。

泰勒(Geoffrey Ingram Taylor,1886~1975年)

英國(guó)力學(xué)家。1886年3月7日生于倫敦,1975年6月27日卒于劍橋。泰勒1905年進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí),1907年通過(guò)第一部分學(xué)位考試(數(shù)學(xué)),1908年通過(guò)第二部分學(xué)位考試(物理)。畢業(yè)后在劍橋大學(xué)工作。他青年時(shí)愛(ài)好劃船、滑翔、跳傘等活動(dòng),對(duì)其中不少涉及流體力學(xué)的問(wèn)題深感興趣。他曾于第一次世界大戰(zhàn)期間入伍,在英國(guó)皇家飛機(jī)廠任氣象員。1919年回到劍橋三一學(xué)院任講師,在E盧瑟福領(lǐng)導(dǎo)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作,同年被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,1923年被任命為皇家學(xué)會(huì)兩名研究教授之一,直到1951年退休時(shí)為止。1944年因科學(xué)工作成績(jī)卓著被授予爵位。1945年參與美國(guó)曼哈頓工程的工作,參與在新墨西哥州進(jìn)行的第一顆原子彈爆炸試驗(yàn)。泰勒長(zhǎng)期在劍橋大學(xué)從事力學(xué)研究工作,其中有不少同國(guó)防科學(xué)有關(guān),直到1972年4月因患中風(fēng)失去工作能力為止。

泰勒對(duì)力學(xué)的貢獻(xiàn)是多方面的。在流體力學(xué)方面,他闡明了激波內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1910年);對(duì)大氣湍流和湍流擴(kuò)散作了研究(1915年,1921年,1932年);得出了同軸兩轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒間流動(dòng)的失穩(wěn)條件(1923年),在研究原子彈爆炸中提出強(qiáng)爆炸的自模擬理論(1946年,1950年);指出了在液滴中起主要作用的是表面張力而不是粘性力(1959年)等。在固體力學(xué)方面,他對(duì)晶體中的位錯(cuò)理論(1934年),薄板穿孔中的塑性流動(dòng)(1940年)和高速加載材料試驗(yàn)(1946年)也做出了貢獻(xiàn)。

泰勒科學(xué)工作的特點(diǎn)是擅長(zhǎng)巧妙地把深刻的物理洞察力和高深的數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來(lái),并善于設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單而又完善的專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)。1970年,他對(duì)流體力學(xué)中這種理論和實(shí)際相結(jié)合的方法作了總結(jié)性發(fā)言,后發(fā)表于1974年的《流體力學(xué)綜述年刊》。泰勒自1909年到1974年間共發(fā)表科學(xué)論文200多篇, 編成《泰勒科學(xué)文集》, 共4卷,其中一卷為固體力學(xué),三卷為流體力學(xué)。

朗道 (L.D. Landau,1908—1968年 )

前蘇聯(lián)偉大的理論物理學(xué)家,郎道生平共發(fā)表一百多篇學(xué)術(shù)論文,涉及固體物理、原子核物理、等離子體物理、流體力學(xué)、天文學(xué)、量子力學(xué)和量子場(chǎng)論等各個(gè)領(lǐng)域。他與另一個(gè)物理學(xué)家栗弗席茲合著的《理論物理》全集九本書(shū),實(shí)質(zhì)上是理論物理方面最基本最完善的論著。該書(shū)論述的獨(dú)創(chuàng)性和所包羅材料的廣博性,在世界各國(guó)都是極為罕見(jiàn)的。因此,這部全集獲得了巨大聲譽(yù),郎道本人則被譽(yù)為理論物理大師。他還團(tuán)結(jié)了一大批科學(xué)家和青年學(xué)生,形成了舉世聞名的蘇聯(lián)理論物理學(xué)派。

1950年,當(dāng)時(shí)只有34歲的京茨堡和朗道一同提出了一個(gè)描述超導(dǎo)體特性的理論 —— “京茨堡—朗道理論”。這個(gè)理論可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)諸如超導(dǎo)體能負(fù)荷的最大電流等特性。

1957年,朗道的學(xué)生,阿布里科索夫卻用這個(gè)理論得到了一個(gè)堪稱(chēng)超導(dǎo)理論和材料史上的經(jīng)典結(jié)果,這個(gè)結(jié)果就是一個(gè)金茨伯格-朗道理論的解析解。阿布里科索夫的研究表明,還存在第二類(lèi)超導(dǎo)體,這種超導(dǎo)體允許磁場(chǎng)穿過(guò)。如果沒(méi)有阿布里科索夫的發(fā)現(xiàn),或許今年的諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)就不會(huì)授予勞特布爾和曼斯菲爾德:今天幾乎所有產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁鐵都是由第二類(lèi)超導(dǎo)體制造的。而沒(méi)有強(qiáng)大的磁場(chǎng),就沒(méi)有磁共振成像技術(shù)。

1962年,朗道因?yàn)閷?duì)液氦超流動(dòng)性的研究而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。超流動(dòng)性在常人看來(lái)是非常奇異的現(xiàn)象:如果你把液氦注入一個(gè)敞口的容器,那么液氦會(huì)“自動(dòng)地”溢出容器。

朗道是典型的浪漫科學(xué)家,其特點(diǎn)是對(duì)多種多樣的科學(xué)領(lǐng)域都有百科全書(shū)式的知識(shí),特別是他對(duì)邊緣科學(xué)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣,思維和概念紛至沓來(lái),但他通常不深究其細(xì)節(jié)。特別是,其創(chuàng)見(jiàn)和邏輯思維的過(guò)程富有直覺(jué)性,常常由奇妙的聯(lián)想引申而來(lái),思維相當(dāng)發(fā)散、自由。除了科學(xué)工作之外,在生活的許多方面,朗道也喜歡標(biāo)新立異,以其獨(dú)特的風(fēng)格別樹(shù)一幟。

1958年,為了慶賀朗道50壽辰,蘇聯(lián)原子能研究所送給他一塊大理石平板,平板上刻著朗道一生工作中的10項(xiàng)最重要的科學(xué)成果。人們借用宗教上的名次,把這些成果稱(chēng)為“朗道十誡”。這10項(xiàng)成果是:

• 量子力學(xué)中的密度矩陣和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(1927年);

• 自由電子抗磁性的理論(1930年);

• 二級(jí)相變的研究(1936~1937年);

• 鐵磁性的磁疇理論和反鐵磁性的理論解釋(1935年);

• 超導(dǎo)體的混合態(tài)理論(1934年);

• 原子核的幾率理論(1937年);

• 氦Ⅱ超流性的量子理論(1940~1941年);

• 基本粒子的電荷約束理論(1954年);

• 費(fèi)米液體的量子理論(1956年);

• 弱相互作用的CP不變性(1957年)。

1932年,朗道來(lái)到哈爾科夫,擔(dān)任了理論物理研究部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo),稍后又兼任了新建的哈爾科夫技術(shù)物理學(xué)院理論系主任,但為時(shí)不久又因工作問(wèn)題觸犯了院長(zhǎng)的尊嚴(yán)而被學(xué)院違規(guī)免職。1937年初,朗道來(lái)到專(zhuān)為大物理學(xué)家、科學(xué)院院士卡皮察建立的莫斯科物理問(wèn)題研究所工作。

1938年春天,朗道因有德國(guó)間諜嫌疑而被逮捕。一年之后,物理學(xué)家卡皮察以人格作擔(dān)保,并且以辭職相要挾,朗道才于1940年獲釋。其實(shí),介入營(yíng)救朗道活動(dòng)的遠(yuǎn)不止卡皮察一個(gè)人,玻爾曾為此給斯大林寫(xiě)過(guò)言辭至為懇切的求情信,要求斯大林運(yùn)用自己的權(quán)力和個(gè)人影響來(lái)赦免朗道。朗道被釋放的確是幸運(yùn)之事,在那些年月里,許多其他的人就沒(méi)有這種幸運(yùn),包括朗道的許多同事,有的失蹤了,有的不得不在集中營(yíng)里渡過(guò)許多不堪忍受的時(shí)光。

1962年,朗道因“研究凝聚態(tài)物質(zhì)的理論,特別是液氦的研究”而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。據(jù)說(shuō)。朗道是猶太人。

按照朗道原來(lái)的計(jì)劃,他的《理論物理學(xué)教程》應(yīng)為九卷:

1. 力學(xué);

2. 場(chǎng)論;

3. 量子力學(xué);

4. 相對(duì)論性量子理論(量子電動(dòng)力學(xué));

5. 統(tǒng)計(jì)物理學(xué);

6. 流體力學(xué);

7. 彈性理論;

8. 連續(xù)媒質(zhì)電動(dòng)力學(xué);

9. 物理動(dòng)力學(xué)。

不幸,朗道本人因?yàn)檐?chē)禍,第四和第九兩卷來(lái)不及完成。他的合作者栗弗席茲教授按照當(dāng)年他的原意和大綱,和其他人一起完成了這套巨著,據(jù)說(shuō)還增加了第十卷。在這套教科書(shū)中,朗道贊譽(yù)相對(duì)論是“最優(yōu)美的物理理論”。不管怎樣,這大概是專(zhuān)業(yè)教材的一個(gè)頂峰了。

本文來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所力學(xué)園地

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