A History and Philosophy of Fluid Mechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Tokaty, G.A.

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:1994-6

价格:$ 18.02

装帧:

isbn号码:9780486681030

丛书系列:

图书标签:

流体力学
历史
哲学
工程
物理学
科学史
数学
经典力学
理论力学
流体动力学

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具体描述

Through the centuries, the intricacies of fluid mechanics — the study of the laws of motion and fluids in motion — have occupied many of history's greatest minds. In this pioneering account, a distinguished aeronautical scientist presents a history of fluid mechanics focusing on the achievements of the pioneering scientists and thinkers whose inspirations and experiments lay behind the evolution of such disparate devices as irrigation lifts, ocean liners, windmills, fireworks and spacecraft.

The author first presents the basics of fluid mechanics, then explores the advances made through the work of such gifted thinkers as Plato, Aristotle, da Vinci, Galileo, Pascal, Newton, Bernoulli, Euler, Lagrange, Ernst Mach and other scientists of the 20th century. Especially important for its illuminating comparison of the development of fluid mechanics in the former Soviet Union with that in the West, the book concludes with studies of transsonic compressibility and aerodynamics, supersonic fluid mechanics, hypersonic gas dynamics and the universal matter-energy continuity.

Professor G. A. Tokaty has headed the prestigious Aeronautical Research Laboratory at the Zhukovsky Academy of Aeronautics in Moscow, and has taught at the University of California, Los Angeles. He is Emeritus Professor of Aeronautics and Space Technology, The City University, London.

《流体动力学：从古至今的探求与演进》引言：千百年来，人类对于周遭世界的观察和探索从未停止。在这宏大的求知图景中，有一种无形而又无处不在的物质，它塑造着我们的星球，驱动着自然界的循环，也激发着无数智慧的火花——那就是流体。从奔腾的河流到浩渺的海洋，从轻盈的空气到深邃的地下水，流体以其奇妙的形态和运动规律，深刻影响着人类文明的进程，也一直是科学探索中最引人入胜的领域之一。本书《流体动力学：从古至今的探求与演进》正是这样一部宏大的画卷，它将带领读者穿越时空的河流，探寻流体科学发展历程中的每一个关键节点，勾勒出人类如何从朴素的直观认知，一步步迈向复杂而精确的理论体系，最终理解和驾驭这股神秘的力量。本书并非一本纯粹的教科书，它更像是一次对流体学科发展脉络的深度溯源，一场对孕育出这些伟大思想的时代背景和哲学思考的细致梳理。我们将目光投向那些伟大的先驱者，感受他们是如何在有限的工具和认知框架下，凭借敏锐的洞察力和不懈的毅力，为流体动力学奠定基石。同时，我们也将审视那些推动理论革新的哲学思潮，理解它们如何在潜移默化中改变着科学家们观察世界、分析问题的方式，从而引导着流体科学走向更深远的领域。《流体动力学：从古至今的探求与演进》旨在为每一位对自然科学怀有好奇心、对智慧的传承抱有敬意的读者，提供一次深刻而愉悦的知识之旅。无论您是专业的工程师、物理学家，还是对科学史和哲学感兴趣的普通读者，相信您都能在这本书中找到属于自己的共鸣和启发。第一章：古人的智慧与流体的初探早在文字记载出现之前，人类就已经与流体产生了千丝万缕的联系。早期文明的生活就离不开水——饮用、灌溉、航行，甚至将河流视为神圣的生命之源。在古埃及，尼罗河的定期泛滥是农业繁荣的命脉，人们对河流的观测和预测，虽然缺乏科学的语言，但已包含了对水文规律的朴素认识。古希腊时期，哲学家的思辨为流体研究提供了最初的思想萌芽。泰勒斯提出“水是万物之源”，虽然带有哲学家的形而上学色彩，却也暗示了水在物质世界中的重要地位。阿基米德更是流体静力学的奠基人，他提出的浮力定律，即“浸在流体中的物体所受的浮力等于它排开的流体的重量”，至今仍是经典，也标志着人类开始用数学的语言来描述流体的基本特性。他通过对物体在水中沉浮的研究，不仅解决了国王王冠的真伪问题，更揭示了流体静力学的重要原理。第二章：文艺复兴的曙光与流体研究的转折文艺复兴时期，随着科学精神的复苏和对自然的重新审视，流体研究迎来了新的篇章。达·芬奇，这位集艺术家、工程师和科学家于一身的巨匠，以其细致入微的观察和大量的手稿，为我们留下了关于水流、湍流、甚至空气流动的宝贵记录。他绘制了许多关于水流漩涡、波浪以及水与物体相互作用的草图，这些观察虽然没有形成严谨的数学公式，却展现了他对流体动力学现象的深刻理解和超前的直觉。他的工作，更像是科学研究的一种早期尝试，强调实践观察和经验总结。第三章：经典力学时代的奠基者与连续介质的崛起进入十七世纪，随着牛顿运动定律的提出，经典力学的大厦逐渐建立。流体研究也开始从经验观察走向数学描述。牛顿本人在他的《自然哲学的数学原理》中，就对流体的阻力进行了初步的探讨，提出了粘性流体的概念。尽管他的研究在量化方面存在局限，但其思想为后来的发展指明了方向。十七世纪末至十八世纪，数学家们开始致力于建立描述流体运动的数学模型。丹尼尔·伯努利，在继承其父约翰·伯努利以及其他前人的工作基础上，出版了《水力学》。在这部划时代的著作中，他提出了著名的伯努利方程，阐述了流体压力、速度和高度之间的关系。这个方程成为描述理想流体（无粘性、不可压缩）运动的基本工具，并对理解飞机升力、水轮机等许多工程应用具有深远意义。同时，欧拉也为流体力学的发展做出了巨大贡献，他发展了描述流体速度和压力的偏微分方程组，即欧拉方程，这标志着流体运动进入了严谨的数学描述阶段。这些方程的提出，将流体看作连续介质，忽略了微观的分子运动，从宏观层面概括了流体的整体行为。第四章：粘性流体与航行效率的追求然而，现实世界中的流体并非都是理想的。十八世纪末至十九世纪，科学家们逐渐认识到粘性在流体运动中的重要性。纳维-斯托克斯方程的出现，标志着粘性流体动力学的真正开端。纳维及其前人（包括圣维南）发展出的方程，在欧拉方程的基础上加入了描述粘性力的项，能够更准确地描述真实流体的行为。尽管这些方程非常复杂，难以求解，但它们成为了描述流体运动的通用方程，为后续的理论发展和工程应用提供了坚实的数学基础。这一时期，对流体阻力的研究也变得愈发重要，特别是在航运和早期航空领域，降低阻力是提升效率的关键。第五章：理论的突破与工程应用的蓬勃十九世纪后期至二十世纪初期，流体力学迎来了理论上的突破和工程应用的蓬勃发展。雷诺兹通过实验发现了层流和湍流的概念，并提出了雷诺数，用以表征流体的惯性力和粘性力之比，成为区分流体运动状态的关键无量纲参数。这一发现对于理解和模拟复杂的流动现象，如湍流，具有里程碑式的意义。在航空领域，早期的先驱者们，如兰利和莱特兄弟，虽然在理论研究上的贡献有限，但他们的实践探索和对空气动力学的直观理解，推动了飞机的诞生。随着飞机性能的不断提升，对空气动力学的研究需求日益迫切。普朗特提出的边界层理论，将粘性效应对流动的影响集中在薄薄的边界层内，极大地简化了对高雷诺数流动问题的分析，为现代空气动力学的发展奠定了基础。这不仅解决了实际工程中的一些难题，也展现了理论与实践相结合的强大力量。第六章：现代流体力学与计算时代的到来二十世纪中叶以来，随着计算机技术的飞速发展，计算流体力学（CFD）应运而生。CFD的出现，使得求解复杂的纳维-斯托克斯方程成为可能，极大地拓展了流体力学研究的边界。科学家们可以利用计算机模拟来预测流体行为，设计更优化的航空器、船舶、汽车，甚至研究气候变化和生物体的流动现象。这一时期，湍流的理论研究也取得了重要进展，尽管完全理解湍流的本质仍然是科学界面临的重大挑战。多尺度模型、统计理论等方法不断涌现，试图揭示湍流的内在规律。此外，流体力学也与其他学科，如热力学、电磁学、以及生物学等，进行了更为深入的交叉融合，催生了诸如磁流体动力学、生物流体力学等新兴领域。第七章：哲学的启示与科学的未来回溯流体力学的发展历程，我们不仅看到科学知识的积累，更能感受到隐藏在背后的哲学思考。从古希腊的形而上学对物质本质的追问，到文艺复兴时期强调经验观察的理性主义，再到近代力学追求数学精确性的实证主义，以及现代科学中对复杂系统理解的系统论和涌现性等思想，哲学始终在潜移默化中影响着科学家们的思维方式和研究范式。例如，连续介质假设，便是对物质微观结构的某种哲学上的简化和抽象，使得我们能够用宏观的数学模型来描述流体的整体行为。而对湍流的研究，则挑战着我们对确定性与随机性、简单规则产生复杂行为的理解，这本身也与混沌理论等现代哲学思潮息息相关。展望未来，流体力学依然充满活力。随着观测手段的进步和计算能力的提升，我们将能够以前所未有的精度和广度去研究流体现象，从宇宙尺度的星系形成，到微观尺度的细胞内流动。对能源、环境、生物医学等领域的挑战，也对流体力学提出了新的要求。人与自然和谐共处，依赖于我们对流体世界的更深刻理解，而这种理解，不仅需要科学的严谨，更需要哲学的智慧。结语：《流体动力学：从古至今的探求与演进》是一部关于求知的史诗，一曲关于智慧的赞歌。它展示了人类如何通过观察、思考、实验和计算，一步步揭开流体世界的面纱，也映射出科学发展过程中哲学思想的演进。本书期望能点燃读者对科学探索的热情，激发对未知世界的求知欲，并在探寻流体奥秘的旅途中，领略科学与哲学交织的独特魅力。