※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1QViJDV9 ] 作者: jfsu (水精灵) 标题: Re: [问卦] 有没有流体力学之父的八卦？ 时间: Sat Feb 10 18:08:50 2018 ※ 引述《wei0204 (喂~色情电话)》之铭言： : 有被流体力学荼毒过的人 : 一定知道Prandtl : 他主要的贡献有 : 提出风洞试验 还有边界层理论 : 有没有流体力学之父的八卦？ : 除此之外 : 今天也是他143岁的生日 : 对於主修流力的本鲁来说 : 今天也是个特别的日子 : 因为本鲁的生日刚好跟这位大师同一天XDDD 在徵求到原po同意後，我想，来聊聊他的学生冯‧卡门。 西奥多‧冯‧卡门（Theodore von Kárman , 1881.5.11 – 1963.5.6)，匈牙利 裔美籍航太学家，对流体力学、空气动力学产生了巨大影响，开创了数学与基础科学 在航空、太空等领域的应用。被认为是二十世纪最杰出的航空与航太工程学家。 1963年，美国白宫玫瑰园响起如雷贯耳的掌声。甘乃迪总统正把美国第一枚国家 科学奖章挂在一位老人脖子上。在走下高高的台阶时，患有关节炎的老人更显得 步履蹒跚、举步维艰。一个不小心，老人不慎闪了一下，甘乃迪连忙上前搀扶。 老人抬起头，脸带笑意地看向甘乃迪。 老人：「别扶我，这只是地球突然倾斜一下，我并没有跌倒。」 甘乃迪：「哦～这句话是爱因斯坦说的。」 老人：「咳咳～总统先生，我想说的是，『下坡行路不需扶持，唯有登高望远 才求一臂之力。』」 甘乃迪：「不愧是高手在民间，好诗好诗。」 两个多月後，这位已经82岁的老人在进行温泉水治疗时，因心脏衰竭，溘然长逝， 结束了他充满传奇色彩的一生。 如果乡民们对外国的姓氏有点研究的话，铁血宰相俾斯麦(Otto Eduard Leopold von Bismarck)、现代航太之父冯‧布朗(Wernher Magnus Maximilian Von Braun)里头 都有冯（von）这个字。先说明的是，这不是姓氏，而贵族姓氏的首码标志。 冯‧卡门於1881年5月11日出生於匈牙利布达佩斯，父亲是大学教授。受到良好教育 的他，很早就显露出数学天赋。 6岁时，一天，几位客人拜访父亲。 其中一位客人问：「小西奥多你知道689 * 92 等於多少吗？」 卡门很快地给出了正确答案，客人们感到非常惊讶，不停地夸赞他。 不过，父亲的脸上甚为不安。当客人离开後，父亲将他叫了过来。 「西奥多，以後不准你再做这种耍小聪明的数学游戏，知道吗？」 「为什麽？」 「因为36+45=79才是是唯一解。」 为了能让卡门的发展是全面的，父亲只好暂时抑制他在数学上的发展，不断教导 他很多身为理工专家所没有的人文知识，直到卡门上了中学，才允许他重拾数学。 17岁时，卡门进入了约瑟夫皇家工艺大学。有一次，卡门正对几台引擎进行实验。 他发现到，当转速达到一定数值，阀门就会振动起来，发出很大噪音。 经过仔细分析後，他认为阀门的开关和引擎的运转之间产生了共振。他很快地把 这现象化炼成一个数学问题，并推导出相应的数学公式与total solution， 成功地解决了振动的问题。 卡门将自己的成果写成论文，教授不禁按了个赞，并将论文公开发表出来。 毕业之後，25岁的他前去德国哥廷根（Göttingen）大学求学，师承流体力学大师 普朗特（Ludwig Prandtl 1875-1953）教授。当时，作为物理系系主任的普朗特 只比卡门大八岁。 哥廷根大学的学术气氛使他着迷，在普朗特和数学大师希尔伯特（David Hilbert）、 克莱因(Felix Christian Klein)、爱因斯坦、物理学家闵可夫斯基（Hermann Minkowski）、化学家能斯特（Walther Hermann Nernst）等人的薰陶下，奠定了 雄厚的数理基础。 2年後，卡门便顺利完成了博士论文。 获得博士学位之後，他来到巴黎观看飞行表演。在一次的飞行表演开启了他对航空 的兴趣，开始研究空气动力学。此时，普朗特教授寄了封邀请信，信中提到： 「我们正在帮军方设计飞行艇与筹建风洞并进行实验，钱多事少离家近，请务必前来！」 於是，卡门以一个编制外的讲师回到了哥廷根大学。他协助普朗特成功地建造了 哥廷根第一个风洞，齐柏林飞艇的设计与实验有进行的很顺利。 补充说明一下，这个编制外的讲师拿到现代来说，四个字：「功德无量」， 解压缩为：「低薪鞠躬尽瘁，过劳死而後已」。 由於没有得到学校正式的聘任，除了实验室助手的微薄收入外(RA)，另一个收入 来源为授课的学生(TA)。这让卡门有点不安，所幸身处大师环绕的气氛之下，就算 是个小讲师，也是能参加学术研讨会，沉浸在数学家和物理学家的新颖的学术观点 和理论之中的卡门，兴奋地忘却这个烦恼，不安感↓ エロ感↑。 1911~1912年，普朗特领导的研究团队致力於研究飞行理论中的涡流问题 （Vortical flow）。他请一名博士生卡尔（Karl Hiemen）设计水槽，用实验 来观察圆柱体後面的流动分裂，并测量水流中的分裂点。 卡尔：「教授，水流总是不停地扰动，难以稳定地测量捏～。」 普朗特：「应该是你用的圆棒不够圆吧！」 经过Seafood的开示之後，卡尔开始天天磨棒子，磨到他嫑嫑的。 在做了非常精细的加工後，水流还是在继续摆动。 卡尔：「唉～这大概是设计的时候感染了阿克娅病毒才会变成这样...Orz」 普朗特：「这分明是水槽不够对称！」 於是，卡尔调整了水槽，情况仍未改善。 一旁的卡门看了心想：「水流摆动的现象一定会有原因。」 他加以深入研究，发现到水流过圆柱後会一分为二，形成两排交叉的涡流。他尝试 采用数学方法解释这一现象。经过一番计算之後，证明了水在流过圆柱体後，必然 会产生两列相互平行、自转方向相反的漩涡，而且是相隔排列，如同街道两边的 路灯一样排列着向前流动。 1911年，卡门将他的这个发现写成论文发表，论文中的涡流理论後来被人们称为 「卡门涡街」(Karman vortex street)。风吹电线发出的声响、潜水艇的潜望 镜会产生振动都是卡门涡街的结果，更是让工程师知道飞机、船艇、车子在设计时 如何采用流线型来最大限度地减少阻力的重要理论基础。好比鱼身的流线型避免了 产生阻力的卡门涡街，另一方面，鱼儿通过不断摆尾来在身後制造了 「反卡门涡街（reverse Karman vortex street）」，使身後的水流向後，对自身 施加向前的推力。 1940年，发生的塔科马海峡大桥坍塌事件就是忽视了「卡门涡街」的效应。这座桥 原本是一位着名建筑师的艺术品，但为了成本考量，cost down之下，桥面厚度不足。 而在当天，风速为19m/s的情况之下，引起卡门涡街，使桥身发生了剧烈的扭曲振动， 振幅越来越大（接近9公尺），最後引起吊桥剧烈共振而崩塌。(wiki有影片唷) ps1.像最近的寒流亦会造成某些地区在海面所形成卡门涡街。 ps2.匈牙利1992年发行的冯‧卡门纪念邮票，背景图案即是卡门涡街 不久，卡门离开哥廷根大学，前往亚琛工学院任教，如愿当上了教授。这一时期， 他还担任了空气动力研究所所长，并与普朗特首次阐释了困扰许久的 「紊流(Turbulent flow，又称乱流或湍流)」问题，提出相关的概念及理论基础。 有别於当时德国的教授，他经常和学生们打成一片，学生也很喜欢这位不摆架子 又风趣的年轻教授。甚至在酒馆几杯啤酒下肚之後，师生谈论起科学、家庭与恋爱。 据说，卡门对於不尊重专业、乱砍价格的老板自有他一套对付的手法。 一天，一位工厂主人向卡门求助，他的机器只要一开动就发生强烈振动，常常 造成零件的损坏。他曾经找了一位技师，对方却说：「你这个车（机器）有异音、 因为你这个皮带龟裂.....普利珠啦」。 最後技师拆开了座垫，还是无法修好。 工厂主人耳闻卡门能解决震动噪音问题，他便请卡门来工厂。 「闪开，让专业的来！」卡门一把霸气地推开手拿扳子的技师。 卡门在机器旁看了看，不出几分钟後就向工厂主人说： 「你把齿轮转一下角度就可以了。」 对方照做後，机器果然不再振动。 「公道价，八万一！」卡门拿出的帐单说。 「你只不过说了一句话，怎麽要这麽多钱！」工厂主人森77。 「那你把齿轮转回去，我就不收你钱。」卡门拿下他叼在嘴里的烟斗缓缓地说。 1929年，纳粹的排犹活动，让出身犹太血统的卡门感受到了影响。在物理学家 密立根（Robert Millikan）的邀请下，卡门前往加州理工学院做了空气动力学 实验室主任。这一时期，他完成了着名的紊流统计理论，解决了水坝裂缝、风车发电、 天文台反射式望远镜、超音速飞行等一系列工程问题，还主持筹建美国喷气工程公司， 指导一批青年科学家从事火箭技术研究，最後建立了美国火箭技术中心—— 喷气推进实验室！卡门的名字在美国的科学界、业界和军方可谓无人不知、无人不晓... 卡门被称为航空航太时代的科学奇才，对流体力学、航空动力学贡献卓着。 最後，关於卡门的中国情缘，嗯...留在之後再谈吧～Anyway，中国的火箭技术、 航太发展都与他培养的学生：郭永怀与中国航太之父、中国导弹之父钱学森、 钱伟长、林家翘有很大的关系....。 以上 Reference: 1.科学五千年(八) 2.Wiki 3.冯‧卡门——航空与航天时代的科学奇才 A.D. 1.科学少年: https://www.facebook.com/ys.ylib/ 2.物理萌史 线上科普漫画 https://www.facebook.com/physics.manga/ -- 对流血一周仍然不死的生物千万不能大意……。 --

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