※ 本文為 Knuckles 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2018-02-10 22:12:06
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作者 標題 Re: [問卦] 有沒有流體力學之父的八卦?
時間 Sat Feb 10 18:08:50 2018
※ 引述《wei0204 (喂~色情電話)》之銘言:
: 有被流體力學荼毒過的人
: 一定知道Prandtl
: 他主要的貢獻有
: 提出風洞試驗 還有邊界層理論
: 有沒有流體力學之父的八卦?
: 除此之外
: 今天也是他143歲的生日
: 對於主修流力的本魯來說
: 今天也是個特別的日子
: 因為本魯的生日剛好跟這位大師同一天XDDD
在徵求到原po同意後,我想,來聊聊他的學生馮‧卡門。
西奧多‧馮‧卡門(Theodore von Kárman , 1881.5.11 – 1963.5.6),匈牙利
裔美籍航太學家,對流體力學、空氣動力學產生了巨大影響,開創了數學與基礎科學
在航空、太空等領域的應用。被認為是二十世紀最傑出的航空與航太工程學家。
1963年,美國白宮玫瑰園響起如雷貫耳的掌聲。甘迺迪總統正把美國第一枚國家
科學獎章掛在一位老人脖子上。在走下高高的臺階時,患有關節炎的老人更顯得
步履蹣跚、舉步維艱。一個不小心,老人不慎閃了一下,甘迺迪連忙上前攙扶。
老人抬起頭,臉帶笑意地看向甘迺迪。
1963年,美國白宮玫瑰園響起如雷貫耳的掌聲。甘迺迪總統正把美國第一枚國家
科學獎章掛在一位老人脖子上。在走下高高的臺階時,患有關節炎的老人更顯得
步履蹣跚、舉步維艱。一個不小心,老人不慎閃了一下,甘迺迪連忙上前攙扶。
老人抬起頭,臉帶笑意地看向甘迺迪。
老人:「別扶我,這只是地球突然傾斜一下,我並沒有跌倒。」
甘迺迪:「哦~這句話是愛因斯坦說的。」
老人:「咳咳~總統先生,我想說的是,『下坡行路不需扶持,唯有登高望遠
才求一臂之力。』」
甘迺迪:「不愧是高手在民間,好詩好詩。」
兩個多月後,這位已經82歲的老人在進行溫泉水治療時,因心臟衰竭,溘然長逝,
結束了他充滿傳奇色彩的一生。
如果鄉民們對外國的姓氏有點研究的話,鐵血宰相俾斯麥(Otto Eduard Leopold von
Bismarck)、現代航太之父馮‧布朗(Wernher Magnus Maximilian Von Braun)裡頭
都有馮(von)這個字。先說明的是,這不是姓氏,而貴族姓氏的首碼標誌。
馮‧卡門於1881年5月11日出生於匈牙利布達佩斯,父親是大學教授。受到良好教育
的他,很早就顯露出數學天賦。
6歲時,一天,幾位客人拜訪父親。
其中一位客人問:「小西奧多你知道689 * 92 等於多少嗎?」
卡門很快地給出了正確答案,客人們感到非常驚訝,不停地誇讚他。
不過,父親的臉上甚為不安。當客人離開後,父親將他叫了過來。
「西奧多,以後不准你再做這種耍小聰明的數學遊戲,知道嗎?」
「為什麼?」
「西奧多,以後不准你再做這種耍小聰明的數學遊戲,知道嗎?」
「為什麼?」
「因為36+45=79才是是唯一解。」
為了能讓卡門的發展是全面的,父親只好暫時抑制他在數學上的發展,不斷教導
他很多身為理工專家所沒有的人文知識,直到卡門上了中學,才允許他重拾數學。
17歲時,卡門進入了約瑟夫皇家工藝大學。有一次,卡門正對幾台引擎進行實驗。
他發現到,當轉速達到一定數值,閥門就會振動起來,發出很大噪音。
17歲時,卡門進入了約瑟夫皇家工藝大學。有一次,卡門正對幾台引擎進行實驗。
他發現到,當轉速達到一定數值,閥門就會振動起來,發出很大噪音。
經過仔細分析後,他認為閥門的開關和引擎的運轉之間產生了共振。他很快地把
這現象化煉成一個數學問題,並推導出相應的數學公式與total solution,
成功地解決了振動的問題。
卡門將自己的成果寫成論文,教授不禁按了個讚,並將論文公開發表出來。
畢業之後,25歲的他前去德國哥廷根(Göttingen)大學求學,師承流體力學大師
普朗特(Ludwig Prandtl 1875-1953)教授。當時,作為物理系系主任的普朗特
只比卡門大八歲。
哥廷根大學的學術氣氛使他著迷,在普朗特和數學大師希爾伯特(David Hilbert)、
克萊因(Felix Christian Klein)、愛因斯坦、物理學家閔可夫斯基(Hermann
Minkowski)、化學家能斯特(Walther Hermann Nernst)等人的薰陶下,奠定了
雄厚的數理基礎。
2年後,卡門便順利完成了博士論文。
獲得博士學位之後,他來到巴黎觀看飛行表演。在一次的飛行表演開啟了他對航空
的興趣,開始研究空氣動力學。此時,普朗特教授寄了封邀請信,信中提到:
「我們正在幫軍方設計飛行艇與籌建風洞並進行實驗,錢多事少離家近,請務必前來!」
於是,卡門以一個編制外的講師回到了哥廷根大學。他協助普朗特成功地建造了
哥廷根第一個風洞,齊柏林飛艇的設計與實驗有進行的很順利。
補充說明一下,這個編制外的講師拿到現代來說,四個字:「功德無量」,
解壓縮為:「低薪鞠躬盡瘁,過勞死而後已」。
由於沒有得到學校正式的聘任,除了實驗室助手的微薄收入外(RA),另一個收入
來源為授課的學生(TA)。這讓卡門有點不安,所幸身處大師環繞的氣氛之下,就算
是個小講師,也是能參加學術研討會,沉浸在數學家和物理學家的新穎的學術觀點
和理論之中的卡門,興奮地忘卻這個煩惱,不安感↓ エロ感↑。
1911~1912年,普朗特領導的研究團隊致力於研究飛行理論中的渦流問題
(Vortical flow)。他請一名博士生卡爾(Karl Hiemen)設計水槽,用實驗
來觀察圓柱體後面的流動分裂,並測量水流中的分裂點。
卡爾:「教授,水流總是不停地擾動,難以穩定地測量捏~。」
普朗特:「應該是你用的圓棒不夠圓吧!」
經過Seafood的開示之後,卡爾開始天天磨棒子,磨到他嫑嫑的。
在做了非常精細的加工後,水流還是在繼續擺動。
卡爾:「唉~這大概是設計的時候感染了阿克婭病毒才會變成這樣...Orz」
普朗特:「這分明是水槽不夠對稱!」
於是,卡爾調整了水槽,情況仍未改善。
一旁的卡門看了心想:「水流擺動的現象一定會有原因。」
他加以深入研究,發現到水流過圓柱後會一分為二,形成兩排交叉的渦流。他嘗試
採用數學方法解釋這一現象。經過一番計算之後,證明了水在流過圓柱體後,必然
會產生兩列相互平行、自轉方向相反的漩渦,而且是相隔排列,如同街道兩邊的
採用數學方法解釋這一現象。經過一番計算之後,證明了水在流過圓柱體後,必然
會產生兩列相互平行、自轉方向相反的漩渦,而且是相隔排列,如同街道兩邊的
路燈一樣排列著向前流動。
1911年,卡門將他的這個發現寫成論文發表,論文中的渦流理論後來被人們稱為
「卡門渦街」(Karman vortex street)。風吹電線發出的聲響、潛水艇的潛望
鏡會產生振動都是卡門渦街的結果,更是讓工程師知道飛機、船艇、車子在設計時
如何採用流線型來最大限度地減少阻力的重要理論基礎。好比魚身的流線型避免了
產生阻力的卡門渦街,另一方面,魚兒通過不斷擺尾來在身後製造了
如何採用流線型來最大限度地減少阻力的重要理論基礎。好比魚身的流線型避免了
產生阻力的卡門渦街,另一方面,魚兒通過不斷擺尾來在身後製造了
「反卡門渦街(reverse Karman vortex street)」,使身後的水流向後,對自身
施加向前的推力。
1940年,發生的塔科馬海峽大橋坍塌事件就是忽視了「卡門渦街」的效應。這座橋
原本是一位著名建築師的藝術品,但為了成本考量,cost down之下,橋面厚度不足。
而在當天,風速為19m/s的情況之下,引起卡門渦街,使橋身發生了劇烈的扭曲振動,
振幅越來越大(接近9公尺),最後引起吊橋劇烈共振而崩塌。(wiki有影片唷)
而在當天,風速為19m/s的情況之下,引起卡門渦街,使橋身發生了劇烈的扭曲振動,
振幅越來越大(接近9公尺),最後引起吊橋劇烈共振而崩塌。(wiki有影片唷)
ps1.像最近的寒流亦會造成某些地區在海面所形成卡門渦街。
ps2.匈牙利1992年發行的馮‧卡門紀念郵票,背景圖案即是卡門渦街
不久,卡門離開哥廷根大學,前往亞琛工學院任教,如願當上了教授。這一時期,
他還擔任了空氣動力研究所所長,並與普朗特首次闡釋了困擾許久的
「紊流(Turbulent flow,又稱亂流或湍流)」問題,提出相關的概念及理論基礎。
有別於當時德國的教授,他經常和學生們打成一片,學生也很喜歡這位不擺架子
又風趣的年輕教授。甚至在酒館幾杯啤酒下肚之後,師生談論起科學、家庭與戀愛。
據說,卡門對於不尊重專業、亂砍價格的老闆自有他一套對付的手法。
一天,一位工廠主人向卡門求助,他的機器只要一開動就發生強烈振動,常常
造成零件的損壞。他曾經找了一位技師,對方卻說:「你這個車(機器)有異音、
因為你這個皮帶龜裂.....普利珠啦」。
最後技師拆開了座墊,還是無法修好。
工廠主人耳聞卡門能解決震動噪音問題,他便請卡門來工廠。
「閃開,讓專業的來!」卡門一把霸氣地推開手拿扳子的技師。
卡門在機器旁看了看,不出幾分鐘後就向工廠主人說:
「你把齒輪轉一下角度就可以了。」
對方照做後,機器果然不再振動。
「公道價,八萬一!」卡門拿出的帳單說。
「你只不過說了一句話,怎麼要這麼多錢!」工廠主人森77。
「那你把齒輪轉回去,我就不收你錢。」卡門拿下他叼在嘴裡的煙斗緩緩地說。
1929年,納粹的排猶活動,讓出身猶太血統的卡門感受到了影響。在物理學家
密立根(Robert Millikan)的邀請下,卡門前往加州理工學院做了空氣動力學
密立根(Robert Millikan)的邀請下,卡門前往加州理工學院做了空氣動力學
實驗室主任。這一時期,他完成了著名的紊流統計理論,解決了水壩裂縫、風車發電、
天文臺反射式望遠鏡、超音速飛行等一系列工程問題,還主持籌建美國噴氣工程公司,
指導一批青年科學家從事火箭技術研究,最後建立了美國火箭技術中心——
噴氣推進實驗室!卡門的名字在美國的科學界、業界和軍方可謂無人不知、無人不曉...
卡門被稱為航空航太時代的科學奇才,對流體力學、航空動力學貢獻卓著。
最後,關於卡門的中國情緣,嗯...留在之後再談吧~Anyway,中國的火箭技術、
航太發展都與他培養的學生:郭永懷與中國航太之父、中國導彈之父錢學森、
錢偉長、林家翹有很大的關係....。
以上
Reference:
1.科學五千年(八)
2.Wiki
3.馮‧卡門——航空與航天時代的科學奇才
A.D.
1.科學少年: https://www.facebook.com/ys.ylib/
--
對流血一週仍然不死的生物千萬不能大意……。
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→ CREA …
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噓 : 如果你認為把下流梗放入歷史會比較好學,那你真的錯了87F 02/10 20:06
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推 : 還好今年沒考 V-K eq'n 解邊界層…91F 02/10 20:11
推 : 推 水精靈必推92F 02/10 20:12
推 : 推93F 02/10 20:13
推 : 用心推94F 02/10 20:18
推 : 太猛了95F 02/10 20:18
推 : 好96F 02/10 20:20
推 : 推97F 02/10 20:24
推 :98F 02/10 20:24
推 : 推99F 02/10 20:24
→ : 掉是因為aeroplastic flutter(氣體彈性振動?) 非卡門渦街101F 02/10 20:26
→ : 引起的共振 有沒有流體力學大師能解惑的?
→ : 引起的共振 有沒有流體力學大師能解惑的?
推 : 那橋震動的太誇張了,居然還有人在上面悠閒的漫步103F 02/10 20:28
噓 : 幹 karman analogy104F 02/10 20:31
→ : 想到就氣 等等補推
→ : 想到就氣 等等補推
推 : 36+45的梗不懂106F 02/10 20:35
推 :107F 02/10 20:36
推 : 推108F 02/10 20:36
推 : 推109F 02/10 20:37
推 : 水精靈必推110F 02/10 20:38
推 : 36+45=79 似乎不是唯一解...111F 02/10 20:39
推 : 推112F 02/10 20:39
推 : 化工系學生的仇人113F 02/10 20:41
噓 : 這個王八蛋QQ114F 02/10 20:42
推 : 推推115F 02/10 20:43
推 : 推116F 02/10 20:46
推 :117F 02/10 20:52
推 : 推118F 02/10 20:58
推 : 水精靈未看先推119F 02/10 21:02
推 : paradox那個是迪阿輪伯120F 02/10 21:07
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噓 : 喜勒工三小124F 02/10 21:47
推 : 先推,再看125F 02/10 21:58
→ : 推126F 02/10 22:03
推 : 什麼時候可以出一個預測Turbulence的人啊 拜託!127F 02/10 22:05
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