作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 有沒有流體力學的八卦？
時間: Wed Jul 10 22:53:24 2019
※ 引述《Kuru991 (城武)》之銘言：
: 安安大家豪我城武喇
: 問一下大家喔
: 有上過流體力學的人呀
: 覺得流體力學最難是什麼呀
: 有沒有八卦
說到流體力學，可得談談底下這位老兄。
[m[1;31m西奧多•馮•卡門[m（Theodore von K�黔man , 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。
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，[1;35m好詩好詩[m。」
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。
[m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[1;36m689 * 92[m 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？」
「[1;33m因為36+45=79才是是唯一解。[m」
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
[m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。
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（G�尒tingen）大學求學，師承流體力學大師
[1;31m普朗特[m（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[1;31m希爾伯特[m（David Hilbert）、
[1;31m克萊因[m(Felix Christian Klein)、[1;31m愛因斯坦[m、物理學家[1;31m閔可夫斯基[m（Hermann
Minkowski）、化學家[1;31m能斯特[m（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
[m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，[1;33m錢多事少離家近[m，請務必前來！」
於是，卡門以一個[1;35m編制外的講師[m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：「[1;32m低薪鞠躬盡瘁，過勞死而後已[m」。
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，[1;33m不安感↓ リ①感↑。[m
1911~1912年，普朗特領導的研究團隊致力於研究飛行理論中的[1;31m渦流問題[m
[1;31m（Vortical flow）[m。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！」
[m經過Seafood的開示之後，卡爾開始天天磨棒子，磨到他[1;36m�g�g的[m。
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[1;36m感染了阿克婭病毒[m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。
有人說像甜甜圈，有人說像血輪眼，更有人覺得有種[1;33;40mDeep Dark Fantasy[m的感覺。
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
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
[1;31m「卡門渦街」(Karman vortex street)[m。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
[m「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[1;31m塔科馬海峽大橋[m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，[1;33mcost down之下[m，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)
ps1.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
[1;31m「紊流[m(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.....[1;32m普利珠[m啦」。
[m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。
「[1;33m公道價，八萬一！[m」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
[1;31m密立根[m（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，
[m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——
[1;35m噴氣推進實驗室[m！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[1;31m錢學森[m、
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
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對流血一週仍然不死的生物千萬不能大意……。
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