任何学科都是在传承、创新和应用中发展起来。理清学科发展命脉，是促进创新与应用的基础。《流体力学通论》为您全面和深入了解流体力学发展史和基本知识提供了一本全新的著作。

以下摘自刘沛清著《流体力学通论》第一章的部分内容。

流体力学早期发展与微积分结合

公元前250年，受西西里岛叙拉古国王检验皇冠之委托，阿基米德（Archimedes，古希腊人，公元前287～公元前212年，如图1所示）研究了力平衡原理，提出著名的流体力学浮力定理，也是流体静力学的一部分。

图1  古希腊学者阿基米德（Archimedes，公元前287～公元前212年）

这期间苏格拉底，亚里士多德，柏拉图等古希腊科学家的成果主要停留在哲学层面。数学层面有毕达哥拉斯，提出万事皆为数之概念，发现了勾股定律。公元以后直到文艺复兴之前，社会黑暗，科学发展缓慢。文艺复兴时期(公元14世纪到17世纪初），随着新兴资本主义的出现，手工业和机械工业的需求，大大促进了数学和力学的发展。在这期间，意大利科学家伽俐略（Galileo Galilei，1564～1642年，如图2所示）发现了物体运动的惯性定律，研制了温度计和望远镜。

图2  伽利略（Galileo Galilei，1564～1642年）

意大利全才科学家达芬奇（Leonardo Di Serpiero Da Vinci，公元1452～1519年，如图3所示)发表了一系列流动、旋涡、流体机械等定性认知成果，包括鸟飞行的定性原理，甚至在达芬奇的多幅画中把旋涡作为美的元素（如图4所示）。但直到17世纪后期微积分出现之前，人类的这些定性认知是碎片的，不成体系。

图3  意大利全才科学家达芬奇（Da Vinci，公元1452～1519年)

图4  达芬奇画“老人与旋涡”与“湍流”

应该说，只有17世纪下叶英国科学家牛顿（Isaac Newton，1643～1727年，如图5所示）和德国数学家哲学家莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646～1716年，如图6所示)发明微积分后，为流体力学的发展奠定了坚实的数学基础，并注入了无穷的活力。

图5  英国科学家牛顿（Isaac Newton，1643～1727年）

图6  德国数学家莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646～1716年)

历史记载，牛顿的“流数概念”微积分是在1666年撰写的一篇未公开发表的短文中提出的，而莱布尼茨是1675年在未发表的手稿和通信中提到微积分，两人拥有独立的发明权。1684年，莱布尼茨正式发表他对微分的发现。两年后，他又发表了有关积分的研究。现在通用的微积分符号是莱布尼茨提出的。后人通过研究莱布尼茨的手稿还发现，莱布尼茨和牛顿是从不同的思路创建微积分的：牛顿是为解决运动问题，先有导数概念，后有积分概念；莱布尼茨则反过来，受其哲学思想的影响，先有积分概念，后有导数概念。牛顿仅仅是把微积分当做物理研究的数学工具，而莱布尼茨则意识到了微积分将会给数学带来一场革命。牛顿与莱布尼茨微积分发明权之争，历史上演变成了英国科学界与德国科学界、乃至与整个欧洲大陆科学界的对抗。英国数学家此后在很长一段时间内不愿接受欧洲大陆数学家的研究成果。他们坚持教授、使用牛顿那套落后的微积分符号和过时的数学观念，使得英国的数学研究停滞了一个多世纪，直到1820年才承认欧洲大陆其他国家的数学成果，重新加入国际主流。

微积分将发展变化的观点引入数学（可看作为动态数学），可以说是对静态数学的一次彻底革命，是基于渐进趋近、无限逼近的极限，哲学上是一个永远达不到但又无限逼近的过程。1686年牛顿发表了“自然哲学之数学原理”著作，提出了万有引力和物体运动的三大定理，阐述了动量及角动量定律、冷却定律以及流层之间的牛顿内摩擦定律。牛顿是将物体运动与微积分概念有机结合的科学巨匠，在牛顿影响下，可以说流体力学创立与发展是微积分与流动现象有机结合的结晶，表现出了数学与物理学完美结合产生的巨大作用。

1653年法国科学家帕斯卡（B.Pascal,1623～1662年)提出流体静压力传递原理，及帕斯卡定理并制成水压机。后来继续伽俐略和意大利科学家托里拆利（E.Torricelli，1608～1647年）的大气实验(1643年），发现了大气压力随高度的变化。这些为经典流体力学理论建立奠定了基础。

流体力学中的数学与物理学关系概括成如下四句话。即

数学之美，

物理之妙。

数理结合，

美妙无穷。

如果说现代文明起源于机械工业的兴起和发展的话，那么流体力学与机械工业的结合起到了决定性的作用，也可以说流体力学是机械工业现代化皇冠上的一颗耀眼的璀璨明珠。从古代的水力机械到现代最复杂的航空发动机的诞生均与流体力学的发展密不可分，也可以说流体力学几乎涉足到诸如水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、水泵、风扇、通风机、压缩机、液力耦合器、液力变矩器、风动工具、气动马达、液压马达以及各种流体输运和控制设备等，所有以流体为工质来转换能量的机械。因此，毫无疑问，流体力学是机械工业最为活跃的一门专业基础学科，也是工科大学开设的一门专业基础课程。为了激发初学者的学习兴趣，便于了解流体力学基本知识和发展规律。

本文摘编自刘沛清著《流体力学通论》（北京：科学出版社,2016.12）第一章部分。

ISBN 978-7-03-051540-7

责任编辑：钱俊  鲁永芳

《流体力学通论》是一本主要以传记形式编著的流体力学概论。作者参照世界著名流体力学大师普朗特著《流体力学概论》、英国著名流体力学家巴切勒著《流体动力学引论》和《中国儿童百科全书》的编著理念，结合自己多年教学体会和经验，尝试一种将自然科学与人文历史相结合、知识传承与认知规律相结合的编纂模式，将抽象深奥的流体力学知识点打碎，从直观易懂的物理概念入手，以由浅入深、由表及里的方式，将流体力学发展史和基本知识点有机结合起来，分七章将流体力学基础、空气动力学、液体动力学、计算流体力学、实验流体力学、风洞设备、飞机及其部件气动性能等基本知识和发展历史介绍给读者，以便为初学者激发兴趣点、全面了解流体力学的发展和进一步深入学习提供参考。

本书属于流体力学的科普读物，适应于热爱流体力学的所有人们，包括大专院校的教师、研究生、本科生，从事与流体力学有关的各行业的技术人员和科学爱好者，也适应于初高中的广大学生。

（本期责编：王芳）

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