流體力學,是研究流體(液體和氣體)的力學運動規律及其應用的學科。主要研究在各種力的作用下,流體本身的狀態,以及流體和固體壁麵、流體和流體間、流體與其他運動形態之間的相互作用的力學分支。流體力學是力學的一個重要分支,它主要研究流體本身的靜止狀態和運動狀態,以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規律。
除水和空氣以外,流體還指作為汽輪機工作介質的水蒸氣、潤滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的液態金屬和燃燒後產生成分複雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。
氣象、水利的研究,船舶、飛行器、葉輪機械和核電站的設計及其運行,可燃氣體或炸藥的爆炸,以及天體物理的若幹問題等等,都廣泛地用到流體力學知識。許多現代科學技術所關心的問題既受流體力學的指導,同時也促進了它不斷地發展。1950年後,電子計算機的發展又給予流體力學以極大的推動。
我國古代傳說:人們見了大風吹轉著蓬草在地上飛滾前進,因而發明了車子;見了河水上漂浮著樹葉順流而去,因而發明了船。不管怎樣,船的確是和車一樣在原始社會就有了,也就是說好幾千年以前的人就知道利用水的浮力了。
對於浮力的研究,也是很早就有的。《墨經》裏就有這樣的意思:物體所受的浮力,是因為物體內部有空隙,排開水的關係。這種說法當然不完全恰當,但浮力的大小確實和被排開的水量有一定關係。我們知道,密度大的物體潛入水的部分必大,密度小的物體潛入水的部分必小。當時的勞動人民就利用這條經驗去測驗物體各部分密度的大小。《考工記》裏記載,工人為了試驗一個木輪各部分木材密度是不是一樣,就把這個輪放到水裏,看看各部分下沉的深淺是否一樣,就可以作出結論。這是相當科學的。
正因為古人對浮力有相當深的了解,所以他們知道設法去獲得更大的浮力來為人們服務。西漢時代的《淮南萬畢術》裏有一條說:“鴻毛之囊,可以渡江。”這大概是說,在一個大袋裏裝上許多羽毛,放到水中浮力很大,可以載人過江。這在原理上很像現在的救生袋。漢以後,常常還有人利用空缸的浮力幫助人們過江,甚至軍隊渡江也用這個辦法,在原理上都是浮力的應用。關於浮力的故事和浮力原理在古代的應用,史書上也留下了許多生動的故事。
宋朝有個宰相叫文彥博,他年幼時十分聰明機智。常和小朋友一起遊戲。有一天文彥博和許多小朋友在樹林旁邊的一塊開闊場地上遊玩。有一個小朋友帶來了一個大皮球,大夥玩得很開心。
正在興濃的時候,有個小朋友將球朝一棵大樹的方向一踢,隻聽到“撲通”一聲,球不見了。原來場地邊上有一棵又高又粗的百年老樹,樹幹的下端有一個很深很大的洞,球進到洞裏去了。小朋友們都很著急,尤其是球的小主人都快哭了:“這是我爸爸剛剛給我買的,這可怎麼辦呀?”有的把衣袖卷起來,跪在地上,伸手去摸,有的拿來了棍子去捅,但都無濟於事。