Lịch sử của cơ học chất lỏng nghiên cứu về cách chất lỏng di chuyển và các lực tác động lên chúng, bắt nguồn từ thời Hy Lạp cổ đại.
Antiquity [ chỉnh sửa ]
Tiền sử [ chỉnh sửa ]
Một kiến thức thực tế, nếu không khoa học, đã được trình bày bởi các nền văn minh cổ đại, như trong việc thiết kế mũi tên, giáo, thuyền, và các dự án kỹ thuật thủy lực đặc biệt để bảo vệ lũ lụt, thủy lợi, thoát nước và cung cấp nước. [1] Các nền văn minh đầu tiên của loài người bắt đầu gần bờ sông, và do đó trùng khớp với bình minh của thủy văn, thủy lực và kỹ thuật thủy lực.
Archimedes [ chỉnh sửa ]
Các nguyên tắc cơ bản của thủy tĩnh và động lực học được Archimedes đưa ra trong tác phẩm của mình Trên các cơ thể nổi (Hy Lạp cổ đại : Περὶ τῶ υμέ υμέ Trong đó, Archimedes phát triển định luật nổi, còn được gọi là Nguyên tắc của Archimedes. Nguyên tắc này nói rằng một cơ thể đắm mình trong chất lỏng trải qua một lực nổi tương đương với trọng lượng của chất lỏng mà nó thay thế. [2] Archimedes duy trì rằng mỗi hạt của một khối chất lỏng, khi ở trạng thái cân bằng, được ép bằng nhau theo mọi hướng; và ông đã tìm hiểu các điều kiện theo đó một cơ thể rắn trôi nổi trong chất lỏng sẽ đảm nhận và bảo vệ vị trí cân bằng. [3]
Trường Alexandrian [ chỉnh sửa ]
Trong trường Hy Lạp tại Alexandria, nơi phát triển rực rỡ dưới sự bảo trợ của Ptolemy, những nỗ lực đã được thực hiện khi chế tạo máy móc thủy lực, và khoảng 120 trước Công nguyên, đài phun nước nén, ống hút và bơm cưỡng bức được phát minh bởi Ctesibius và Hero. Siphon là một nhạc cụ đơn giản; nhưng bơm cưỡng bức là một phát minh phức tạp, hiếm khi được mong đợi trong giai đoạn sơ khai của thủy lực. Nó có thể được đề xuất cho Ctesibius bởi bánh xe Ai Cập hoặc Noria, phổ biến vào thời điểm đó, và là một loại bơm xích, bao gồm một số nồi đất được mang theo một bánh xe. Trong một số máy này, nồi có một van ở phía dưới cho phép chúng hạ xuống mà không có nhiều lực cản, và giảm đáng kể tải trọng lên bánh xe; và, nếu chúng ta cho rằng van này được giới thiệu sớm nhất là vào thời của Ctesibius, không khó để nhận ra một cỗ máy như vậy có thể dẫn đến việc phát minh ra máy bơm cưỡng bức như thế nào. [3]
Sextus Julius Frontinus chỉnh sửa ]
Mặc dù những phát minh này của trường Alexandrian, sự chú ý của nó dường như không hướng đến chuyển động của chất lỏng; và nỗ lực đầu tiên để điều tra chủ đề này được thực hiện bởi Sextus Julius Frontinus, thanh tra của các đài phun nước công cộng tại Rome dưới triều đại của Nerva và Trajan. Trong tác phẩm của mình De aquaeductibus urbis Romae commentarius ông đã xem xét các phương pháp được sử dụng vào thời điểm đó để xác định lượng nước thải ra từ các ống nước và ống phân phối nước Đài phun nước. Ông nhận xét rằng dòng nước từ một lỗ không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lỗ mà còn phụ thuộc vào độ cao của nước trong hồ chứa; và rằng một đường ống được sử dụng để mang đi một phần nước từ một ống dẫn nước, trong trường hợp cần thiết, có vị trí ít nhiều nghiêng về hướng ban đầu của dòng điện. Nhưng vì anh ta không quen với định luật về vận tốc của nước chảy, tùy thuộc vào độ sâu của lỗ, nên độ chính xác xuất hiện trong kết quả của anh ta không có gì đáng ngạc nhiên. [3]
Thời Trung cổ [ chỉnh sửa ]
Các nhà vật lý Hồi giáo [ chỉnh sửa ]
Các nhà khoa học Hồi giáo, đặc biệt là Abu Rayhan Biruni (973 ném1048) và sau đó là Al-Khazini (fl. 1115. đầu tiên để áp dụng các phương pháp khoa học thực nghiệm vào cơ học chất lỏng, đặc biệt là trong lĩnh vực thống kê chất lỏng, chẳng hạn như để xác định các trọng lượng cụ thể. Họ đã áp dụng các lý thuyết toán học về tỷ số và kỹ thuật vô hạn, và đưa các kỹ thuật tính toán đại số và tinh vi vào lĩnh vực thống kê chất lỏng. [4]
Trong thống kê chất lỏng, Biruni phát hiện ra rằng có một mối tương quan giữa trọng lực riêng của vật thể và thể tích của nước nó thay thế. [ cần trích dẫn ] Ông cũng giới thiệu phương pháp kiểm tra các thử nghiệm trong các thí nghiệm và đo trọng lượng của các chất lỏng khác nhau. Ông cũng ghi lại sự khác biệt về trọng lượng giữa nước ngọt và nước mặn, và giữa nước nóng và nước lạnh. [ cần trích dẫn ] Trong các thí nghiệm về cơ học chất lỏng, Biruni đã phát minh ra biện pháp hình nón, [5] để tìm tỷ lệ giữa trọng lượng của một chất trong không khí và trọng lượng của nước thay thế. [ cần trích dẫn ]
Al-Khazini, trong Cuốn sách về sự cân bằng của trí tuệ (1121), đã phát minh ra một sự cân bằng thủy tĩnh. [6]
Các kỹ sư Hồi giáo [ chỉnh sửa ]
Vào thế kỷ thứ 9, anh em của Banū Mūsā của Ingenious Devices đã mô tả một số điều khiển tự động sớm trong cơ học chất lỏng. [7] Điều khiển cấp hai bước đối với chất lỏng, một hình thức kiểm soát cấu trúc biến đổi không liên tục, được phát triển bởi anh em Banu Musa. [8] đã mô tả một bộ điều khiển phản hồi sớm cho chất lỏng. [9] Theo Donald Routledge Hill, anh em Banu Musa là "bậc thầy trong việc khai thác các biến thể nhỏ" trong áp suất thủy tĩnh và sử dụng van hình nón làm thành phần "nội tuyến" trong hệ thống dòng chảy, "lần đầu tiên sử dụng van hình nón làm bộ điều khiển tự động". [10] Họ cũng mô tả việc sử dụng các loại van khác, bao gồm van cắm, [9][10] van phao [9] và vòi. [11] Banu Musa cũng đã phát triển một hệ thống không an toàn sớm, trong đó "người ta có thể rút một lượng nhỏ chất lỏng lặp đi lặp lại, nhưng nếu người ta rút một lượng lớn, thì không thể chiết xuất thêm được nữa. "[10] Siphon đồng tâm kép và phễu có đầu uốn cong để đổ vào các chất lỏng khác nhau, không xuất hiện trong bất kỳ tác phẩm nào trước đây của Hy Lạp, cũng không xuất hiện phát minh ban đầu của anh em Banu Musa. [12] Một số cơ chế khác mà họ mô tả bao gồm buồng phao [7] và áp suất chênh lệch sớm. [13]
Năm 1206, Sách của Al-Jazari về kiến thức của Inge Thiết bị cơ khí nious đã mô tả nhiều máy thủy lực. Đặc biệt quan trọng là máy bơm nước của ông. Việc sử dụng đầu tiên của trục khuỷu trong máy bơm xích là ở một trong những máy saqiya của al-Jazari. Khái niệm giảm thiểu hoạt động không liên tục cũng lần đầu tiên được ngụ ý trong một trong những máy bơm xích saqiya của al-Jazari, nhằm mục đích tối đa hóa hiệu quả của máy bơm xích saqiya. [14] Al-Jazari cũng đã phát minh ra máy hút pít-tông đôi. bơm, bao gồm các ống hút đầu tiên, bơm hút, bơm tác động kép và sử dụng sớm các van và cơ cấu thanh nối trục khuỷu. Máy bơm này rất đáng chú ý vì ba lý do: lần đầu tiên sử dụng ống hút thực sự (hút chất lỏng vào chân không một phần) trong máy bơm, ứng dụng đầu tiên của nguyên lý tác động kép và chuyển đổi chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến, thông qua cơ chế thanh nối trục khuỷu. [15][16][17]
Thế kỷ thứ mười bảy và mười tám [ chỉnh sửa ]
Castelli và Torricelli [ chỉnh sửa và Evangelista Torricelli, hai trong số các môn đệ của Galileo, đã áp dụng những khám phá của chủ nhân của họ vào khoa học thủy động lực học. Năm 1628, Castelli đã xuất bản một tác phẩm nhỏ, Della misura dell 'acque Correnti trong đó ông giải thích thỏa đáng một số hiện tượng trong chuyển động của chất lỏng trong sông và kênh rạch; nhưng ông đã thực hiện một phép di truyền tuyệt vời trong việc giả sử vận tốc của nước tỷ lệ thuận với độ sâu của lỗ bên dưới bề mặt tàu. Torricelli, quan sát thấy rằng trong một chiếc máy bay phản lực nước chảy qua một luồng nhỏ, nó đã tăng lên gần bằng chiều cao với hồ chứa mà nó được cung cấp, tưởng tượng rằng nó phải di chuyển với cùng vận tốc như thể nó đã rơi qua độ cao đó lực hấp dẫn, và do đó, ông đã suy luận ra rằng vận tốc của chất lỏng là căn bậc hai của đầu, ngoài sức cản của không khí và ma sát của lỗ. Định lý này đã được xuất bản năm 1643, vào cuối chuyên luận De motu gravium Projectorum và nó đã được xác nhận bởi các thí nghiệm của Raffaello Magiotti về lượng nước thải ra từ các lần phóng khác nhau dưới áp lực khác nhau (1648). [3]
Blaise Pascal [ chỉnh sửa ]
Trong tay của thủy tĩnh học Blaise Pascal đã đảm nhận phẩm giá của một khoa học, và trong một chuyên luận về trạng thái cân bằng của chất lỏng ( équilibre des liqueurs ), được tìm thấy trong các bản thảo của ông sau khi ông qua đời và được xuất bản năm 1663, các định luật về trạng thái cân bằng của chất lỏng đã được chứng minh theo cách đơn giản nhất, và được xác nhận bởi các thí nghiệm. [3]
Mariotte và Guglielmini [1965] [ chỉnh sửa ]
Định lý Torricelli được sử dụng bởi nhiều nhà văn thành công, nhưng đặc biệt bởi Edme Mariotte (1620, 1616), mà Traité du mouference des eaux chết năm 1686, được thành lập dựa trên rất nhiều thí nghiệm được tiến hành tốt về chuyển động của chất lỏng, được thực hiện tại Versailles và Chantilly. Trong cuộc thảo luận về một số điểm ông đã phạm sai lầm đáng kể. Những người khác anh ta đối xử rất hời hợt, và trong bất kỳ thí nghiệm nào của anh ta dường như anh ta không tham gia vào việc giảm dòng chảy phát sinh từ sự co thắt của tĩnh mạch chất lỏng, khi lỗ chỉ đơn thuần là một lỗ thủng trong một tấm mỏng; nhưng anh ta dường như là người đầu tiên cố gắng đưa ra sự khác biệt giữa lý thuyết và thí nghiệm về sự chậm lại vận tốc của nước thông qua ma sát. Domenico Guglielmini đương thời của ông (1655 Ví1710), người là thanh tra của các con sông và kênh rạch ở Bologna, đã quy định sự giảm thiểu vận tốc này trong các dòng sông đối với các chuyển động ngang phát sinh từ sự bất bình đẳng ở đáy của chúng. Nhưng khi Mariotte quan sát các vật cản tương tự ngay cả trong các ống thủy tinh nơi không có dòng điện ngang có thể tồn tại, nguyên nhân được chỉ định bởi Guglielmini dường như là nguyên nhân của nền tảng. Nhà triết học người Pháp, do đó, coi những vật cản này là tác động của ma sát. Ông cho rằng những sợi nước chảy dọc hai bên đường ống làm mất một phần vận tốc của chúng; rằng các sợi tiếp giáp, có trên tài khoản này một vận tốc lớn hơn, cọ xát vào cái trước và chịu sự giảm bớt sự độc thân của chúng; và các sợi khác bị ảnh hưởng với độ trễ tương tự tỷ lệ với khoảng cách của chúng với trục của đường ống. Theo cách này, vận tốc trung bình của dòng điện có thể bị giảm đi và do đó, lượng nước xả ra trong một thời gian nhất định, từ tác động của ma sát, ít hơn đáng kể so với lý thuyết được tính toán từ lý thuyết. [3]
[ chỉnh sửa ]
Ma sát và độ nhớt [ chỉnh sửa ]
Các tác động của ma sát và độ nhớt khi giảm tốc độ của nước chảy. Princia của Ngài Isaac Newton, người đã ném nhiều ánh sáng vào một số nhánh của cơ học thủy lực. Vào thời điểm hệ thống xoáy của Cartesian phổ biến, ông thấy cần phải điều tra giả thuyết đó, và trong quá trình điều tra, ông đã chỉ ra rằng vận tốc của bất kỳ tầng nào của xoáy là một phương tiện đối xứng giữa các vận tốc của tầng. kèm theo nó; và từ đó rõ ràng là sau đó vận tốc của một dây tóc nước di chuyển trong một đường ống là một ý nghĩa đối xứng giữa vận tốc của các dây tóc bao quanh nó. Lợi dụng những kết quả này, kỹ sư người Pháp gốc Ý, Henri Pitot, sau đó đã chỉ ra rằng sự chậm phát sinh do ma sát là nghịch đảo như đường kính của các đường ống trong đó chất lỏng di chuyển. [3]
Orifices [ chỉnh sửa ]
Sự chú ý của Newton cũng hướng đến việc xả nước từ các lỗ ở đáy tàu. Ông cho rằng một bình hình trụ chứa đầy nước được đục lỗ ở đáy của nó với một lỗ nhỏ để nước thoát ra và tàu được cung cấp nước theo cách sao cho nó luôn đầy ở cùng độ cao. Sau đó, ông cho rằng cột nước hình trụ này được chia thành hai phần – phần đầu tiên, mà ông gọi là "đục thủy tinh thể", là một hyperboloid được tạo ra bởi cuộc cách mạng của một hyperbola bậc 5 quanh trục của hình trụ sẽ đi qua lỗ và phần thứ hai còn lại của nước trong bình hình trụ. Ông coi tầng tầng ngang của hyperboloid này luôn luôn chuyển động, trong khi phần còn lại của nước ở trạng thái nghỉ ngơi và tưởng tượng rằng có một loại đục thủy tinh thể ở giữa chất lỏng. [3] [19659032] Khi kết quả của lý thuyết này được so sánh với lượng nước thực sự thải ra, Newton đã kết luận rằng vận tốc mà nước được tạo ra từ lỗ này bằng với tốc độ mà một vật thể rơi xuống sẽ nhận được bằng cách hạ xuống một nửa chiều cao của nước trong Hồ chứa. Tuy nhiên, kết luận này là hoàn toàn không thể hòa giải được với thực tế đã biết rằng các tia nước tăng lên gần bằng chiều cao của hồ chứa của chúng, và Newton dường như đã nhận thức được sự phản đối này. Theo đó, trong phiên bản thứ hai của Princia xuất hiện vào năm 1713, ông đã xem xét lại lý thuyết của mình. Ông đã phát hiện ra một sự co thắt trong tĩnh mạch chất lỏng ( vena Contracta ) phát ra từ lỗ, và thấy rằng, ở khoảng cách khoảng một đường kính của khẩu độ, phần của tĩnh mạch được ký hợp đồng trong tỷ lệ trùng lặp của hai đến một. Do đó, ông coi phần của tĩnh mạch bị co lại là lỗ thực sự mà từ đó việc xả nước phải được suy ra, và vận tốc của nước thải là do toàn bộ chiều cao của nước trong hồ chứa; và bằng cách này có nghĩa là lý thuyết của ông trở nên phù hợp hơn với kết quả của kinh nghiệm, mặc dù vẫn mở cho những phản đối nghiêm trọng. [3]
Sóng [ chỉnh sửa ]
Newton cũng là người đầu tiên điều tra khó khăn chủ đề của sự chuyển động của sóng. [3]
Daniel Bernoulli [ chỉnh sửa ]
Năm 1738 Daniel Bernoulli đã xuất bản Hydrodynamica seu de viribus et motibus liquidorum. Lý thuyết về chuyển động của chất lỏng, mầm mống được xuất bản lần đầu tiên trong cuốn hồi ký của ông có tên Theoria nova de motu aquarum per canales quocunque fluentes được truyền đạt tới Học viện St Petersburg vào đầu năm 1726, được thành lập vào ngày 1726 hai giả định, mà dường như anh ta phù hợp để trải nghiệm. Ông cho rằng bề mặt của chất lỏng, chứa trong một cái bình đang tự đổ bởi một lỗ, vẫn luôn nằm ngang; và, nếu khối chất lỏng được hình thành để được chia thành vô số tầng ngang của cùng một khối, thì các tầng này vẫn tiếp giáp với nhau và tất cả các điểm của chúng giảm dần theo chiều dọc, với vận tốc tỷ lệ nghịch với chiều rộng của chúng, hoặc các phần ngang của hồ chứa. Để xác định chuyển động của từng tầng, ông đã sử dụng nguyên tắc của Consatio virium vivarum và thu được các giải pháp rất thanh lịch. Nhưng trong trường hợp không có sự thể hiện chung của nguyên tắc đó, kết quả của ông đã không chỉ ra sự tự tin mà họ đáng phải có, và điều đó trở nên mong muốn có một lý thuyết chắc chắn hơn, và chỉ phụ thuộc vào các định luật cơ bản của cơ học. Colin Maclaurin và John Bernoulli, những người có quan điểm này, đã giải quyết vấn đề bằng các phương pháp trực tiếp hơn, một trong Fluxions được xuất bản năm 1742, và cái khác trong Hydrainica nunc primum prea ] et provata directe ex fundamentis Pure Mechanicalicis tạo thành tập thứ tư của các tác phẩm của ông. Phương pháp được sử dụng bởi Maclaurin đã được cho là không đủ nghiêm ngặt; và theo John Bernoulli, theo quan điểm của Lagrange, khiếm khuyết về sự minh bạch và chính xác. [3]
Jean le Rond songlembert [ chỉnh sửa ]
Lý thuyết về Daniel Bernoulli bị phản đối cũng bởi Jean le Rond'Alembert. Khi khái quát hóa lý thuyết về con lắc của Jacob Bernoulli, ông đã khám phá ra một nguyên lý động lực học đơn giản và chung chung đến mức nó làm giảm các định luật về chuyển động của các cơ thể về trạng thái cân bằng của chúng. Ông đã áp dụng nguyên tắc này vào chuyển động của chất lỏng, và đưa ra một mẫu vật ứng dụng vào cuối Động lực học vào năm 1743. Nó đã được phát triển đầy đủ hơn trong Traité des fluides được xuất bản vào năm 1744, trong đó ông đã đưa ra các giải pháp đơn giản và thanh lịch cho các vấn đề liên quan đến trạng thái cân bằng và chuyển động của chất lỏng. Anh ta đã sử dụng các giả định giống như Daniel Bernoulli, mặc dù tính toán của anh ta được thiết lập theo một cách rất khác. Ông đã xem xét, tại mọi thời điểm, chuyển động thực tế của một tầng bao gồm một chuyển động mà nó có trong khoảnh khắc trước đó và của một chuyển động mà nó đã mất; và các định luật cân bằng giữa các chuyển động bị mất cung cấp cho anh ta các phương trình đại diện cho chuyển động của chất lỏng. Nó vẫn là một desideratum để thể hiện bằng các phương trình chuyển động của một hạt chất lỏng theo bất kỳ hướng nào được chỉ định. Các phương trình này được tìm thấy bởi dorlembert từ hai nguyên tắc – rằng một kênh hình chữ nhật, được lấy trong một khối chất lỏng ở trạng thái cân bằng, chính nó ở trạng thái cân bằng, và một phần của chất lỏng, khi truyền từ nơi này sang nơi khác, bảo tồn như nhau thể tích khi chất lỏng không thể nén được, hoặc tự giãn theo quy luật nhất định khi chất lỏng co giãn. Phương pháp khéo léo của ông, được xuất bản năm 1752, trong cuốn Essai sur la résistance des fluides đã được đưa đến sự hoàn hảo trong Opuscules mathématiques và được Leonhard Euler chấp nhận. [ chỉnh sửa ]
Việc giải quyết các câu hỏi liên quan đến chuyển động của chất lỏng được thực hiện bằng hệ số vi phân từng phần của Leonhard Euler's. Tính toán này lần đầu tiên được áp dụng cho chuyển động của nước bởi dorlembert, và cho phép cả anh ta và Euler đại diện cho lý thuyết về chất lỏng trong các công thức bị hạn chế bởi không có giả thuyết cụ thể nào. [3]
Pierre Louis Georges Dubuat [ chỉnh sửa ]
Một trong những người lao động thành công nhất trong ngành khoa học thủy động lực học thời kỳ này là Pierre Louis Georges Dubuat (1734 Lỗi1809). Theo các bước của Abbé Charles Bossut ( Nouvelles Experience Experience sur la résistance des fluides 1777), ông đã xuất bản, vào năm 1786, một phiên bản sửa đổi của Principes d'hydrainique trong đó chứa một lý thuyết thỏa đáng về chuyển động của chất lỏng, chỉ dựa trên các thí nghiệm. Dubuat đã cân nhắc rằng nếu nước là một chất lỏng hoàn hảo và các kênh mà nó chảy vô cùng trơn tru, chuyển động của nó sẽ liên tục được tăng tốc, giống như các vật thể rơi xuống trong một mặt phẳng nghiêng. Nhưng khi chuyển động của các dòng sông không được tăng tốc liên tục và sớm đạt đến trạng thái đồng nhất, rõ ràng là độ nhớt của nước và ma sát của kênh mà nó chảy xuống, phải bằng lực gia tốc. Dubuat, do đó, coi đó là một đề xuất có tầm quan trọng cơ bản rằng, khi nước chảy trong bất kỳ kênh hoặc giường nào, lực gia tốc bắt buộc nó phải di chuyển bằng tổng của tất cả các điện trở mà nó gặp phải, cho dù chúng phát sinh từ nó độ nhớt riêng hoặc từ ma sát của giường của nó. Nguyên tắc này đã được ông sử dụng trong phiên bản đầu tiên của công trình, xuất hiện vào năm 1779. Lý thuyết trong phiên bản đó được thành lập dựa trên thí nghiệm của những người khác, nhưng ông sớm thấy rằng một lý thuyết rất mới và dẫn đến kết quả rất khác so với lý thuyết thông thường, nên được thiết lập dựa trên các thí nghiệm mới trực tiếp hơn so với trước đây và ông đã được sử dụng trong việc thực hiện những thí nghiệm này từ năm 1780 đến 1783. Các thí nghiệm của Bossut chỉ được thực hiện trên các ống có độ suy giảm vừa phải, nhưng Dubuat đã sử dụng độ suy giảm của mọi tốt bụng, và thực hiện các thí nghiệm của mình trên các kênh có kích cỡ khác nhau. [3]
Thế kỷ XIX [ chỉnh sửa ]
Hermann von Helmholtz [ chỉnh sửa ] Năm 1858, Hermann von Helmholtz đã xuất bản bài báo bán nguyệt "Über Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, Welche den Wirbelbewegungen entsprechen," trong Tạp chí für die reine und angewandte Mathematik [1945] 55, trang 25 Tiếng55. Điều quan trọng là bài báo mà vài năm sau P. G. Tait đã xuất bản một bản dịch tiếng Anh, "Về tích phân của các phương trình thủy động lực học thể hiện chuyển động xoáy", trong Tạp chí triết học tập. 33, trang 485 bóng512 (1867). Trong bài báo của mình, Helmholtz đã thiết lập ba "định luật về chuyển động xoáy" giống như cách người ta tìm thấy chúng trong bất kỳ sách giáo khoa cơ học tiên tiến nào hiện nay. Công trình này đã thiết lập tầm quan trọng của tính xoáy đối với cơ học chất lỏng và khoa học nói chung.
Trong thế kỷ tiếp theo hoặc lâu hơn động lực xoáy trưởng thành như một trường con của cơ học chất lỏng, luôn luôn chỉ huy ít nhất một chương chính trong các chuyên luận về chủ đề này. Do đó, H. Lamb nổi tiếng Thủy động lực học (tái bản lần thứ 6, 1932) dành trọn một chương cho động lực xoáy và động lực xoáy cũng như của G. K. Batch Bachelor Giới thiệu về Động lực học (1967). Tất nhiên, toàn bộ chuyên luận đã được dành cho chuyển động xoáy. H. Poincaré's Théorie des Tourbillons (1893), H. Villat's Leçons sur la Théorie des Tourbillons (1930), C. Truesdell's ) và PG Saffman Vortex Dynamics (1992) có thể được đề cập. Sớm vào các phiên cá nhân tại các hội thảo khoa học đã được dành cho xoáy, chuyển động xoáy, động lực xoáy và dòng xoáy. Sau đó, toàn bộ các cuộc họp được dành cho chủ đề.
Phạm vi ứng dụng của công việc của Helmholtz đã tăng lên bao gồm các dòng khí quyển và hải dương học, cho tất cả các ngành kỹ thuật và khoa học ứng dụng và cuối cùng là các siêu chất (ngày nay bao gồm cả ngưng tụ Bose của Einstein). Trong cơ học chất lỏng hiện đại, vai trò của động lực xoáy trong việc giải thích các hiện tượng dòng chảy được thiết lập vững chắc. Các xoáy nổi tiếng đã có được tên và thường được mô tả trên các phương tiện truyền thông phổ biến: bão, lốc xoáy, ống nước, xoáy xoáy máy bay (ví dụ, xoáy wingtip), xoáy xoáy (bao gồm cả xoáy của bồn tắm), vòng xoáy khí phía sau chân vịt tàu, và như vậy. Trong tài liệu kỹ thuật, một số xoáy phát sinh trong các điều kiện đặc biệt cũng có tên: đường xoáy Kármán đánh thức phía sau một cơ thể vô tội vạ, xoáy Taylor giữa các hình trụ xoay, xoáy Gortler chảy dọc theo một bức tường cong, v.v.
Gaspard Riche de Prony [ chỉnh sửa ]
Lý thuyết về nước chảy được cải tiến rất nhiều bởi các nghiên cứu của Gaspard Riche de Prony (1755 mối1839). Từ một bộ sưu tập các thí nghiệm tốt nhất của các công nhân trước đó, ông đã chọn tám mươi hai (năm mươi mốt về vận tốc của nước trong các ống dẫn, và ba mươi mốt về vận tốc của nó trong các kênh mở); và, thảo luận về những nguyên tắc cơ học và vật lý này, ông đã thành công trong việc đưa ra các công thức tổng quát, có khả năng biểu hiện đơn giản cho vận tốc của nước chảy. [3]
Johann Albert Eytelwein [ chỉnh sửa ]
] J. A. Eytelwein ở Berlin, người đã xuất bản năm 1801 một bản tóm tắt có giá trị về thủy lực có tên Handbuch der Mechanik und der HydAFik đã điều tra đề tài xả nước bằng ống hỗn hợp, chuyển động của máy bay phản lực và xung động của chúng chống lại máy bay và bề mặt xiên; và về mặt lý thuyết, ông đã chỉ ra rằng một bánh xe nước sẽ có tác dụng tối đa khi chu vi của nó di chuyển với một nửa vận tốc của dòng chảy. [3]
Jean Nicolas Pierre Hachette và những người khác [ chỉnh sửa ]
JNP Hachette năm 1816 Từ1817 đã xuất bản hồi ký có chứa kết quả thí nghiệm về việc phun chất lỏng và xả tàu. Đối tượng của ông là đo phần co thắt của tĩnh mạch chất lỏng, kiểm tra hiện tượng trên các ống bổ sung và điều tra hình thức của tĩnh mạch chất lỏng và kết quả thu được khi sử dụng các dạng lỗ khác nhau. Các thí nghiệm mở rộng về việc xả nước từ các lỗ ( Expériences hydensesiques Paris, 1832) đã được tiến hành dưới sự chỉ đạo của chính phủ Pháp bởi JV Poncelet (1788 ném1867) và JA Lesbros (1790. [3]
P. P. Boileau (1811 Từ1891) đã thảo luận về kết quả của họ và thêm các thí nghiệm của riêng mình ( Traité de la mesure des eaux courantes Paris, 1854). K. R. Bornemann đã kiểm tra lại tất cả các kết quả này một cách cẩn thận và đưa ra các công thức biểu thị sự thay đổi của các hệ số phóng điện trong các điều kiện khác nhau ( Civil Ingénieur, 1880). Julius Weisbach (1806 Từ1871) cũng đã thực hiện nhiều cuộc điều tra thử nghiệm về việc xả chất lỏng. [3]
Các thí nghiệm của JB Francis ( Các thí nghiệm thủy lực Lowell Boston, Mass., 1855) đã khiến ông đề xuất các biến thể trong các công thức được chấp nhận cho việc xả thải qua đập, và một thế hệ sau đó, một cuộc điều tra rất đầy đủ về chủ đề này đã được thực hiện bởi Henri-Émile Bazin. Một cuộc điều tra công phu về dòng chảy của nước trong các đường ống và kênh được thực hiện bởi Henry GP Darcy (1803 Hóa1858) và tiếp tục bởi Bazin, với chi phí của chính phủ Pháp ( Recherches hydrainiques Paris, 1866). [3]
Andreas Rudolf Harlacher và những người khác [ chỉnh sửa ]
Các kỹ sư Đức cũng dành sự quan tâm đặc biệt cho việc đo dòng chảy trong các dòng sông; Beiträge zur Hydrographie des Königreiches Böhmen (Prague, 1872 ,1875) của Andreas Rudolf Harlacher chứa các phép đo có giá trị của loại này, cùng với việc so sánh kết quả thử nghiệm với các công thức của dòng chảy đã được đề xuất. ngày xuất bản và dữ liệu quan trọng đã được cung cấp bởi các nhân vật của Mississippi do chính phủ Hoa Kỳ tạo ra cho chính phủ Hoa Kỳ bởi Andrew Atkinson Humphreys và Henry Larcom Abbot, bởi những người mặc quần áo của Robert Gordon trên sông Irrawaddy và các thí nghiệm của Allen JC Cickyham trên sông Hằng kênh đào. [18] Ma sát của nước, được điều tra bởi tốc độ chậm của Coulomb, được đo bởi tốc độ cao hơn bởi William Froude (1810 Ném1879), người có công rất có giá trị trong lý thuyết về sức cản của tàu ( Brit. PGS Báo cáo. 1869), và chuyển động dòng chảy được nghiên cứu bởi Giáo sư Ostern Reynold và Giáo sư Henry S. Hele-Shaw. [3]
Thế kỷ XX [ chỉnh sửa ]
Phần này cần mở rộng . Bạn có thể giúp đỡ bằng cách thêm vào nó. ( Tháng 7 năm 2010 )
Phát triển trong động lực học xoáy [ chỉnh sửa ]
động lực học là một trường con sôi động của động lực học chất lỏng, thu hút sự chú ý tại các hội nghị khoa học lớn và các hội thảo và hội thảo chuyên đề tập trung hoàn toàn vào chủ đề này.
Một sự tò mò tò mò trong lịch sử của động lực xoáy là lý thuyết nguyên tử xoáy của William Thomson, sau này là Lord Kelvin. Ý tưởng cơ bản của ông là các nguyên tử được biểu diễn dưới dạng chuyển động xoáy trong ether. Lý thuyết này đã đi trước lý thuyết lượng tử trong vài thập kỷ và vì vị thế khoa học của người khởi tạo nó đã nhận được sự chú ý đáng kể. Nhiều hiểu biết sâu sắc về động lực xoáy đã được tạo ra trong quá trình theo đuổi lý thuyết này. Các hệ quả thú vị khác là lần đầu tiên đếm các nút thắt đơn giản của P. G. Tait, ngày nay được coi là một nỗ lực tiên phong trong lý thuyết đồ thị, cấu trúc liên kết và lý thuyết nút. Cuối cùng, nguyên tử xoáy của Kelvin bị coi là đầu sai nhưng nhiều kết quả trong động lực xoáy mà nó kết tủa đã đứng trước thử thách của thời gian. Bản thân Kelvin đã khởi nguồn khái niệm lưu thông và chứng minh rằng trong lưu thông chất lỏng bất khả xâm phạm xung quanh một đường viền vật chất sẽ được bảo tồn. Kết quả này – được Einstein chỉ ra trong "Zum hundertjährigen Gedenktag von Lord Kelvins Geburt, Naturwissenschaften, 12 (1924), 601 .602," (bản dịch: "Kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Lord Kelvin"), là một trong những kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Lord Kelvin. kết quả quan trọng trong công việc của Kelvin cung cấp một liên kết sớm giữa động lực học chất lỏng và cấu trúc liên kết.
Lịch sử của động lực xoáy có vẻ đặc biệt phong phú trong những khám phá và khám phá lại những kết quả quan trọng, bởi vì kết quả thu được hoàn toàn bị lãng quên sau khi khám phá ra và sau đó được phát hiện lại nhiều thập kỷ sau đó. Do đó, tính tích hợp của bài toán ba điểm xoáy trên mặt phẳng đã được giải quyết trong luận án năm 1877 của một nhà toán học trẻ người Thụy Sĩ tên là Walter Gröbli. Mặc dù đã được viết ở Gottingen trong vòng tròn chung của các nhà khoa học xung quanh Helmholtz và Kirchhoff, và mặc dù đã được đề cập đến trong các bài giảng nổi tiếng của Kirchhoff về vật lý lý thuyết và trong các văn bản chính khác như Lamb's giải pháp này phần lớn đã bị lãng quên. Một bài báo năm 1949 của nhà toán học ứng dụng nổi tiếng J. L. Synge đã tạo ra một sự hồi sinh ngắn ngủi, nhưng bài báo của Synge đã bị lãng quên. Một phần tư thế kỷ sau một bài báo năm 1975 của E. A. Novikov và một bài báo năm 1979 của H. Aref về sự tiến bộ hỗn loạn cuối cùng đã đưa tác phẩm quan trọng trước đó ra ánh sáng. Sự làm sáng tỏ tiếp theo của sự hỗn loạn trong vấn đề bốn xoáy, và trong sự tiến bộ của một hạt thụ động bởi ba xoáy, đã khiến Gröbli trở thành một phần của "khoa học hiện đại".
Another example of this kind is the so-called "localized induction approximation" (LIA) for three-dimensional vortex filament motion, which gained favor in the mid-1960s through the work of Arms, Hama, Betchov and others, but turns out to date from the early years of the 20th century in the work of Da Rios, a gifted student of the noted Italian mathematician T. Levi-Civita. Da Rios published his results in several forms but they were never assimilated into the fluid mechanics literature of his time. In 1972 H. Hasimoto used Da Rios' "intrinsic equations" (later re-discovered independently by R. Betchov) to show how the motion of a vortex filament under LIA could be related to the non-linear Schrödinger equation. This immediately made the problem part of "modern science" since it was then realized that vortex filaments can support solitary twist waves of large amplitude.
Further reading[edit]
- J. D. Anderson, Jr. (1997). A History of Aerodynamics (Cambridge University Press). ISBN 0-521-45435-2
- J. D. Anderson, Jr. (1998). Some Reflections on the History of Fluid Dynamics, in The Handbook of Fluid Dynamics (ed. by R.W. Johnson, CRC Press) Ch. 2.
- J. S. Calero (2008). The Genesis of Fluid Mechanics, 1640–1780 (Springer). ISBN 978-1-4020-6414-2
- O. Darrigol (2005). Worlds of Flow: A History of Hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl (Oxford University Press). ISBN 0-19-856843-6
- P. A. Davidson, Y. Kaneda, K. Moffatt, and K. R. Sreenivasan (eds, 2011). A Voyage Through Turbulence (Cambridge University Press). ISBN 978-0-521-19868-4
- M. Eckert (2006). The Dawn of Fluid Dynamics: A Discipline Between Science and Technology (Wiley-VCH). ISBN 978-3-527-40513-8
- G. Garbrecht (ed., 1987). Hydraulics and Hydraulic Research: A Historical Review (A.A. Balkema). ISBN 90-6191-621-6
- M. J. Lighthill (1995). Fluid mechanicsin Twentieth Century Physics ed. by L.M. Brown, A. Pais, and B. Pippard (IOP/AIP), Vol. 2, pp. 795–912.
- H. Rouse and S. Ince (1957). History of Hydraulics (Iowa Institute of Hydraulic Research, State University of Iowa).
- G. A. Tokaty (1994). A History and Philosophy of Fluid Mechanics (Dover). ISBN 0-486-68103-3
References[edit]
- ^ G. Garbrecht (1987). Hydrologic and hydraulic concepts in antiquity in Hydraulics and Hydraulic Research: A Historical Review (A.A. Balkema).
- ^ Carroll, Bradley W. "Archimedes' Principle". Weber State University. Retrieved 2007-07-23.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t One or more of the preceding sentences incorporates text from a publication now in the public domain: Greenhill, A lfred George (1911).
. Trong Chisholm, Hugh. Encyclopædia Britannica . 14 (11th ed.). Nhà xuất bản Đại học Cambridge. pp. 115–116.
- ^ Mariam Rozhanskaya and I. S. Levinova (1996), "Statics", p. 642, in (Morelon & Rashed 1996, pp. 614–642):
Using a whole body of mathematical methods (not only those inherited from the antique theory of ratios and infinitesimal techniques, but also the methods of the contemporary algebra and fine calculation techniques), Arabic scientists raised statics to a new, higher level. The classical results of Archimedes in the theory of the centre of gravity were generalized and applied to three-dimensional bodies, the theory of ponderable lever was founded and the 'science of gravity' was created and later further developed in medieval Europe. The phenomena of statics were studied by using the dynamic approach so that two trends – statics and dynamics – turned out to be inter-related within a single science, mechanics. The combination of the dynamic approach with Archimedean hydrostatics gave birth to a direction in science which may be called medieval hydrodynamics. Archimedean statics formed the basis for creating the fundamentals of the science on specific weight. Numerous fine experimental methods were developed for determining the specific weight, which were based, in particular, on the theory of balances and weighing. The classical works of al-Biruni and al-Khazini can by right be considered as the beginning of the application of experimental methods in medieval science. Arabic statics was an essential link in the progress of world science. It played an important part in the prehistory of classical mechanics in medieval Europe. Without it classical mechanics proper could probably not have been created.
- ^ Marshall Clagett (1961), The Science of Mechanics in the Middle Agesp. 64, University of Wisconsin Press
- ^ Robert E. Hall (1973), "Al-Biruni", Dictionary of Scientific BiographyVol. VII, p. 336
- ^ a b Ahmad Y Hassan, Transfer Of Islamic Technology To The West, Part II: Transmission Of Islamic Engineering Archived 2008-02-18 at the Wayback Machine
- ^ J. Adamy & A. Flemming (November 2004), "Soft variable-structure controls: a survey", AutomaticaElsevier, 40 (11): 1821–1844, doi:10.1016/j.automatica.2004.05.017
- ^ a b c Otto Mayr (1970). The Origins of Feedback ControlMIT Press.
- ^ a b c Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific AmericanMay 1991, pp. 64–69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering Archived 2007-12-25 at the Wayback Machine)
- ^ Banu Musa (authors), Donald Routledge Hill (translator) (1979), The book of ingenious devices (Kitāb al-ḥiyal)Springer, pp. 74–77, ISBN 90-277-0833-9
- ^ Banu Musa (authors), Donald Routledge Hill (translator) (1979), The book of ingenious devices (Kitāb al-ḥiyal)Springer, p. 21, ISBN 90-277-0833-9
- ^ Ancient Discoveries, Episode 12: Machines of the EastHistory Channelretrieved 2008-09-06
- ^ Donald Routledge Hill, "Engineering", in Roshdi Rashed, ed., Encyclopedia of the History of Arabic ScienceVol. 2, pp. 751–795 [776]. Routledge, London and New York.
- ^ Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific AmericanMay 1991, pp. 64–69 (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering Archived 2007-12-25 at the Wayback Machine)
- ^ Ahmad Y Hassan. "The Origin of the Suction Pump: Al-Jazari 1206 A.D." Archived from the original on 2008-02-26. Retrieved 2008-07-16.
- ^ Donald Routledge Hill (1996), A History of Engineering in Classical and Medieval TimesRoutledge, pp. 143, 150–152
- ^ 1839–1907, Vernon-Harcourt, Leveson Francis,. Rivers and canals, Volume 1, Rivers : with statistics of the traffic on inland waterways. Cambridge. ISBN 1108080596. OCLC 967596679.
- ^ G. Garbrecht (1987). Hydrologic and hydraulic concepts in antiquity in Hydraulics and Hydraulic Research: A Historical Review (A.A. Balkema).
- ^ Carroll, Bradley W. "Archimedes' Principle". Weber State University. Retrieved 2007-07-23.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t One or more of the preceding sentences incorporates text from a publication now in the public domain: Greenhill, A lfred George (1911). . Trong Chisholm, Hugh. Encyclopædia Britannica . 14 (11th ed.). Nhà xuất bản Đại học Cambridge. pp. 115–116.
- ^ Mariam Rozhanskaya and I. S. Levinova (1996), "Statics", p. 642, in (Morelon & Rashed 1996, pp. 614–642):
Using a whole body of mathematical methods (not only those inherited from the antique theory of ratios and infinitesimal techniques, but also the methods of the contemporary algebra and fine calculation techniques), Arabic scientists raised statics to a new, higher level. The classical results of Archimedes in the theory of the centre of gravity were generalized and applied to three-dimensional bodies, the theory of ponderable lever was founded and the 'science of gravity' was created and later further developed in medieval Europe. The phenomena of statics were studied by using the dynamic approach so that two trends – statics and dynamics – turned out to be inter-related within a single science, mechanics. The combination of the dynamic approach with Archimedean hydrostatics gave birth to a direction in science which may be called medieval hydrodynamics. Archimedean statics formed the basis for creating the fundamentals of the science on specific weight. Numerous fine experimental methods were developed for determining the specific weight, which were based, in particular, on the theory of balances and weighing. The classical works of al-Biruni and al-Khazini can by right be considered as the beginning of the application of experimental methods in medieval science. Arabic statics was an essential link in the progress of world science. It played an important part in the prehistory of classical mechanics in medieval Europe. Without it classical mechanics proper could probably not have been created.
- ^ Marshall Clagett (1961), The Science of Mechanics in the Middle Agesp. 64, University of Wisconsin Press
- ^ Robert E. Hall (1973), "Al-Biruni", Dictionary of Scientific BiographyVol. VII, p. 336
- ^ a b Ahmad Y Hassan, Transfer Of Islamic Technology To The West, Part II: Transmission Of Islamic Engineering Archived 2008-02-18 at the Wayback Machine
- ^ J. Adamy & A. Flemming (November 2004), "Soft variable-structure controls: a survey", AutomaticaElsevier, 40 (11): 1821–1844, doi:10.1016/j.automatica.2004.05.017
- ^ a b c Otto Mayr (1970). The Origins of Feedback ControlMIT Press.
- ^ a b c Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific AmericanMay 1991, pp. 64–69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering Archived 2007-12-25 at the Wayback Machine)
- ^ Banu Musa (authors), Donald Routledge Hill (translator) (1979), The book of ingenious devices (Kitāb al-ḥiyal)Springer, pp. 74–77, ISBN 90-277-0833-9
- ^ Banu Musa (authors), Donald Routledge Hill (translator) (1979), The book of ingenious devices (Kitāb al-ḥiyal)Springer, p. 21, ISBN 90-277-0833-9
- ^ Ancient Discoveries, Episode 12: Machines of the EastHistory Channelretrieved 2008-09-06
- ^ Donald Routledge Hill, "Engineering", in Roshdi Rashed, ed., Encyclopedia of the History of Arabic ScienceVol. 2, pp. 751–795 [776]. Routledge, London and New York.
- ^ Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific AmericanMay 1991, pp. 64–69 (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering Archived 2007-12-25 at the Wayback Machine)
- ^ Ahmad Y Hassan. "The Origin of the Suction Pump: Al-Jazari 1206 A.D." Archived from the original on 2008-02-26. Retrieved 2008-07-16.
- ^ Donald Routledge Hill (1996), A History of Engineering in Classical and Medieval TimesRoutledge, pp. 143, 150–152
- ^ 1839–1907, Vernon-Harcourt, Leveson Francis,. Rivers and canals, Volume 1, Rivers : with statistics of the traffic on inland waterways. Cambridge. ISBN 1108080596. OCLC 967596679.