1、水力学,主讲：陈思 ,0 绪论,0.1 水力学的任务与研究对象 0.2 水力学发展简史 0.3 液体的主要物理性质 0.4 连续介质和理想流体的概念 0.5 作用在液体上的力 0.6 水力学研究方法 0.7 参考文献 推荐阅读,0.1 水力学的任务与研究对象,0.1.1 流体和固体0.1.2 水力学的任务0.1.3 水力学的主要内容,返回,0.1.1 流体和固体,一、固体：能保持固定的形状和体积；能承受一定数量的拉力、压力和剪切力 二、液体：能保持比较固定的体积，但不能保持固定的形状 三、气体：无固定的体积和形状 四、液体和气体统称流体，流体不能承受拉力和静态剪力,返回,0.1.2 水力学的任
2、务,一、水力学是一门技术科学，是力学的一个分支，是水利类专业的一门重要的技术基础课。二、水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其在实际工程中应用,返回,0.1.3 水力学的主要内容,一、水静力学：研究液体处于静止（或相对平衡）状态时，作用在液体上的各种力之间的关系即：水静力学研究液体平衡的规律二、水动力学：研究液体在运动状态时，作用在液体上的力与运动要素之间的关系即：水动力学研究液体运动的规律,返回,0.2 水力学发展简史,0.2.1 古希腊时期的水力学 0.2.2 中世纪力学知识的传播 0.2.3 文艺复兴之后水力学的发展 0.2.4 水力学研究前沿 0.2.5 中国古代
3、的水利工程 0.2.6 近代力学知识在中国的传播,返回,0.2.1 古希腊时期的水力学,一、在全部的历史里，最使人感到惊异或难于解说的莫过于希腊文明的突然兴起了。构成文明的大部分东西已经在埃及和美索不达米亚存在了好几千年，又从那里传播到了四邻的国家。但是其中却始终缺少着某些因素，直等到希腊人才把它们提供出来。 罗素哲学史,0.2.1 古希腊时期的水力学,二、几乎所有的现代科学，都可以在古希腊找到源头，水力学也不例外三、尽管长期以来，很多政治团体出于这样或者那样的目的，有意或者无意贬低古希腊的成就，但是历史一次又一次证明了这种贬低的徒劳和可笑,0.2.1 古希腊时期的水力学,四、古希腊留下的自然
4、科学遗产，最重要的，莫过于古希腊人总结、发明的认识世界的方法：基于演绎推理构建的公理化体系。欧几里德几何原本就是这种理论体系的典范。事实上，在人 类智慧的胜利中，我们很可以认为希腊几何学和近代实验科学占有同等最高的地位,0.2.1 古希腊时期的水力学,五、阿基米德(公元前287212年)诞生于西西里岛的一个贵族家庭，父亲是天文学家兼数学家。阿基米德十一岁时，被送到古希腊文化中心亚历山大城，跟随欧几里得的学生埃拉托塞和卡农学习，他以后和亚历山大的学者保持紧密联系，因此他算是亚历山大学派的成员。,0.2.1 古希腊时期的水力学,六、阿基米德是（自觉地）将观察到的自然现象与几何演绎方法（以及相关的几
5、何定律）结合起来的第一人七、阿基米德 论杠杆 ：这本书已经失传。据后来的力学家及科技史学家考证，阿基米德模仿欧几里德几何原本的体系，从两个不证自明的原理出发，系统论述了杠杆的工作原理。,0.2.1 古希腊时期的水力学,八、阿基米德 论浮体 ：第一部流体静力学著作，也是第一次采用数学的观点研究流体现象。书中第七命题就是著名的浮力原理（阿基米德原理）,0.2.1 古希腊时期的水力学,九、马其顿位于希腊的北部，处于希腊文明的边缘，被希腊人视为蛮族。前338年，马其顿在喀罗尼亚大败希腊联军，取得了对整个希腊的控制权。前336年，菲利普遇刺身亡，其子亚历山大即位。亚历山大即位后很快就平定了希腊城邦的起义
6、，巩固了政权。前323年，亚历山大病死，他庞大的帝国也随之分裂，古希腊历史结束，希腊化时代开始。,0.2.1 古希腊时期的水力学,十、希腊化时代：始于亚历山大于公元前323年逝世开始，并结束于罗马共和国在前146年征服希腊本土。这段时期，希腊化文明影响或主宰整个东地中海和西亚、中亚的文明世界，希腊化时代通常被认为是希腊古典时代和罗马时代的过渡时期，甚至与辉煌的希腊古典时代相比，被认为文化上呈现下降或衰退的趋势。希腊化时期的特点是新的一波的希腊殖民活动，并主要以埃及和西亚的各希腊化王国内建立殖民城市为主。,0.2.1 古希腊时期的水力学,十一、古希腊时期最重要的图书馆不在希腊本土，而在埃及。亚历
7、山大大帝征服埃及后，在尼罗河口建立亚历山大城，其后埃及托勒密王朝以亚里斯多德的学园为样板，透过重金收购、雇人抄写、掠夺和兼并等管道，在亚历山大城建立了当时世界上藏书最多、文种最多、书目记录最全的亚历山大图书馆,0.2.1 古希腊时期的水力学,十二、藏书丰富的亚历山大图书馆迅速成为当时的科学、文化、哲学、艺术的知识宝库与传播站。许多著名的科学家、哲学家、思想家和艺术家纷纷来到这里，进行研究、讲学、著书立说和从事其他学术交流活动（其中也包括阿基米德），使图书馆享有“世界上最好的学校”的美名，并在整个地中海世界传播文明长达数百年。,0.2.1 古希腊时期的水力学,十三、亚历山大图书馆的消亡充满了神秘
8、，根据为数不多的史料记载，现今人们只知道它先后毁于两场大火。在公元纪元后，亚历山大图书馆日渐式微，其藏书一部分运至罗马，以充实罗马图书馆之馆藏，然而后来亦毁于三世纪末叶罗马皇帝奥勒利安统治时期发生的内战。至公元391年，位于六翼天使神庙的分馆也毁于基督教徒之手，亚历山大图书馆的藏书和建筑至今无一幸存。,返回,0.2.2 中世纪水力学知识的传播,西罗马帝国灭亡后,欧洲进入了中世纪（约公元476年公元1453年）。,0.2.2 中世纪水力学知识的传播,一、阿拉伯人在78世纪兴起以后,搜罗和保存古希腊罗马的典籍,包括数学、天文、物理等方面的著作,并把许多著作译成阿拉伯文。阿拉伯人继承并发展了关于静力
9、学中平衡规律和运动学方面的知识。 1213世纪,许多科学著作陆续由阿拉伯文译成拉丁文并传回欧洲。,0.2.2 中世纪水力学知识的传播,二、在中世纪一千多年中,欧洲的科学进展很慢。宗教势力把古人的学说绝对化,不容许违犯。原来限于当时历史条件不完整的认识,这时成为阻碍科学进步的教条；,返回,0.2.3 文艺复兴之后水力学的发展,略。详见教材P2页,返回,0.2.4 水力学研究前沿,本人的研究方向是计算流体力学，所以本小节主要从计算流体力学方面探讨水力学研究前沿,0.2.4 水力学研究前沿,一、网格方法和无网格方法二、SPH算例三、连续介质模型和分子动力学模拟四、湍流与混沌,返回,0.2.5 中国古
10、代的水利工程,中国古代几乎没有科学（水力学方面亦如是），但是在技术方面，却有一些可圈可点的成就。秦朝三大水利工程都江堰、郑国渠、灵渠就是其中的佼佼者。,0.2.5 中国古代的水利工程,一、都江堰都江堰坐落在成都平原西部的岷江上，位于四川省都江堰市城西。都江堰水利工程由宝瓶口、分水鱼嘴、飞沙堰三部分组成。分水鱼嘴将岷江分为内江和外江两部分：外江宽而浅，内江窄而深；外江泄洪，内江灌溉，宝瓶口和飞沙堰控制灌溉水量，飞沙堰还起到排沙的作用,0.2.5 中国古代的水利工程,一、都江堰,0.2.5 中国古代的水利工程,一、都江堰,0.2.5 中国古代的水利工程,二、郑国渠前246年秦王采纳韩国人郑国的建议，并由郑国主持兴修的大型灌溉渠，它西引泾水东注洛水，长达300余里。郑国渠的修建源于韩国向秦国用间，然仅“为韩延数岁之命”，却“为秦建万世之功”,0.2.5 中国古代的水利工程,二、郑国渠,
